專利名稱：表面處理方法及用該方法處理的工件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種易氧化工件的表面處理方法及用該方法處理的工件，更具體而言，涉及一種通過物理氣相沉積對易氧化工件進行強化的方法及用該方法處理的工件。
背景技術(shù)：
物理氣相沉積(PVD)作為一種先進的材料表面改性技術(shù)被大量地應(yīng)用于工具、模具、零部件等各個領(lǐng)域。其基本原理為通過在工件表面沉積一層或多于一層硬質(zhì)膜層或其他膜層以提高工件使用壽命和加工質(zhì)量。傳統(tǒng)的PVD工藝中，為了提高膜層與工件的結(jié)合力，工件通常需要加熱至較高溫度(例如400度)。在目前中國的制造業(yè)中，為了節(jié)約成本很多工件(如工具、模具、零部件等)均采用了成本較為低廉的碳鋼加工而成。與價格昂貴的高性能合金鋼相比，碳鋼更容易氧化。即使是在傳統(tǒng)PVD處理工藝的真空環(huán)境下，這種氧化現(xiàn)象也不能避免，而較高的加熱溫度更使其氧化行為加劇。工件氧化會在其表面形成一層氧化膜，如果不能有效地去除這層氧化膜，PVD膜層就不易與工件形成良好的結(jié)合，從而極大地影響了膜層處理的效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種表面處理方法，其特征在于(1)將工件裝入真空室，將真空室抽至背底真空，通過載能離子轟擊工件表面以去除氧化膜；所述步驟(1)之前可以在工件表面上進行脫脂、脫水和去除氧化膜等工序；所述載能離子通過離子源、射頻或者微波提供，(2)在工件表面沉積一層不易氧化的金屬或是能形成保護性氧化膜的金屬；所述不易氧化的金屬包括Au、Pt等；所述能形成保護性氧化膜的金屬包括Al、Cr、Ni、Ti等；所述金屬膜層的厚度為0.005-4微米，其中優(yōu)選0.01-2微米，(3)將工件加熱至所需溫度，(4)再次用載能離子轟擊工件表面以去除步驟(2)中沉積的金屬和(或)氧化膜；所述載能離子通過離子源、射頻或者微波提供，
(5)以常規(guī)PVD方法在工件表面沉積一層或多于一層硬質(zhì)膜層或其他膜層；所述硬質(zhì)膜層或其他膜層的厚度為0.5-10微米，其中優(yōu)選1-5微米。
本發(fā)明提供的表面處理方法很好地利用了金屬的氧化速度與金屬種類和溫度的關(guān)系控制了易氧化金屬的氧化速度。在常溫下金屬的氧化速度非常緩慢，即使是易氧化金屬，其表面形成的氧化膜經(jīng)脫脂、脫水和去除氧化膜等工序處理后也僅為幾個納米到幾十個納米。工件進入真空室后在室溫下經(jīng)載能離子轟擊，其表面的氧化膜很容易被去除。隨后沉積的一層不易氧化的金屬或是能形成保護性氧化膜的金屬能在工件加熱過程中很大程度的限制了氧化膜的厚度。當工件加熱至所需溫度后，再次用載能離子轟擊工件表面仍舊能較為容易地去除所沉積的金屬和(或)其氧化膜，從而露出金屬的新鮮表面。該發(fā)明能有效地解決易氧化工件在PVD處理過程中因表面生成氧化膜而導(dǎo)致膜層結(jié)合不牢的問題。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明作進一步描述實施例1將材料為45號鋼的工件用丙酮超聲清洗5-30分鐘進行除油，經(jīng)漂洗后再用濃度為0.5-2.0％的硫酸浸泡工件以去除工件表面的氧化膜，再經(jīng)自來水漂洗除酸后用乙醇超聲清洗脫水。將工件烘干后裝入真空室，將真空室抽氣至背底真空。打開離子源，將Ar氣通入真空室，通過載能離子轟擊工件10-15分鐘以去除工件表面的氧化膜。
接下來，關(guān)閉離子源，調(diào)節(jié)Ar流量使背底真空達到工作壓強。然后，開啟Au的蒸發(fā)源，沉積Au膜至其厚度為0.02微米，形成不易氧化化的金屬。
接下來，關(guān)閉Au蒸發(fā)源，繼續(xù)通入Ar氣，將工件加熱至400度。
接下來，打開離子源，繼續(xù)通入Ar氣，通過載能離子轟擊工件20-30分鐘以去除工件表面的Au膜。
最后，關(guān)閉離子源，開啟TiAl的蒸發(fā)源，通入Ar氣和N2氣，沉積TiAlN膜。其中TiAlN膜層厚度為3微米。
實施例2將材料為45號鋼的工件用丙酮超聲清洗5-30分鐘進行除油，經(jīng)漂洗后再用濃度為0.5-2.0％的硫酸浸泡工件以去除工件表面的氧化膜，再經(jīng)自來水漂洗除酸后用乙醇超聲清洗脫水。將工件烘干后裝入真空室，將真空室抽氣至背底真空。打開離子源，將Ar氣通入真空室，通過載能離子轟擊工件10-15分鐘以去除工件表面的氧化膜。
接下來，關(guān)閉離子源，調(diào)節(jié)Ar流量使背底真空達到工作壓強。然后，開啟Al的蒸發(fā)源，沉積Al膜至其厚度為0.5微米，此Al膜為能形成保護性氧化膜的金屬。
接下來，關(guān)閉Al蒸發(fā)源，繼續(xù)通入Ar氣，將工件加熱至400度。
接下來，打開離子源，繼續(xù)通入Ar氣，通過載能離子轟擊工件20-30分鐘以去除工件表面的Al膜及其氧化膜。
最后，關(guān)閉離子源，開啟TiAl的蒸發(fā)源，通入Ar氣和N2氣，沉積TiAlN膜。其中TiAlN膜層厚度為3微米。
上述的不易氧化的金屬或是能形成保護性氧化膜的金屬不限于Au和Al，還包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他不易氧化的金屬或是能形成保護性氧化膜的金屬，例如Pt、Cr、Ni、Ti等。
本發(fā)明提供的表面處理方法于升溫前在工件表面沉積一層不易氧化的金屬或是能形成保護性氧化膜的金屬，很好地在工件加熱過程中限制了氧化膜的厚度。能避免易氧化工件在PVD處理過程中因表面生成氧化膜而導(dǎo)致膜層結(jié)合不牢的問題。本發(fā)明提供的表面處理方法適用于除45號鋼以外的多種易氧化材料。
權(quán)利要求
1.一種表面處理方法，包括以下步驟(1)將工件裝入真空室，將真空室抽至背底真空，通過載能離子轟擊工件表面以去除氧化膜；(2)在工件表面沉積一層不易氧化的金屬或是能形成保護性氧化膜的金屬；(3)將工件加熱至所需溫度；(4)再次用載能離子轟擊工件表面以去除步驟(2)中沉積的金屬和(或)氧化膜；(5)以常規(guī)物理氣相沉積方法在工件表面沉積一層或多于一層硬質(zhì)膜層或其他膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，還包括在步驟(1)之前在工件表面上進行脫脂、脫水和去除氧化膜等工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中，所述載能離子通過離子源、射頻或者微波提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中，所述不易氧化的金屬包括Au、Pt等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中，所述能形成保護性氧化膜的金屬包括Al、Cr、Ni、Ti等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中，步驟(2)所述的金屬膜層的厚度為0.01-2微米。
7.一種工件，所述工件的處理方法包括如下步驟(1)將工件裝入真空室，將真空室抽至背底真空，通過載能離子轟擊工件表面以去除氧化膜；(2)在工件表面沉積一層不易氧化的金屬或是能形成保護性氧化膜的金屬；(3)將工件加熱至所需溫度；(4)再次用載能離子轟擊工件表面以去除步驟(2)中沉積的金屬和(或)氧化膜；(5)以常規(guī)物理氣相沉積方法在工件表面沉積一層或多于一層硬質(zhì)膜層或其他膜層，所述工件包括沉積于其表面的一層或多于一層的硬質(zhì)膜層或其他膜層。
全文摘要
一種通過物理氣相沉積對易氧化工件進行強化的方法以及用該方法處理的工件，包括(1)在真空下采用載能離子轟擊工件表面以去除氧化膜；(2)在工件表面沉積一層厚度為0.01－2微米的不易氧化的金屬(Au、Pt等)或是能形成保護性氧化膜的金屬(Al、Cr、Ni、Ti等)；(3)將工件加熱至所需溫度；(4)再次用載能離子轟擊工件表面以去除步驟(2)中沉積的金屬和(或)氧化膜；(5)以常規(guī)物理氣相沉積方法在工件表面沉積一層或多于一層硬質(zhì)膜層或其他膜層。本發(fā)明提供的表面處理方法通過升溫前在工件表面沉積的不易氧化或是能形成保護性氧化膜的金屬，很好地限制了工件表面氧化膜的厚度，能避免易氧化工件在物理氣相沉積處理過程中因表面生成氧化膜而導(dǎo)致膜層結(jié)合不牢的問題。
文檔編號C23C14/54GK101029382SQ20071006307
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者徐健, 張云龍, 程云立 申請人:北京東方新材科技有限公司