專利名稱：一種電弧離子鍍cn薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是采用 電弧離子鍍技術(shù)鍍CN薄膜的方法，可應(yīng)用于金屬工件表面鍍膜，提高精密工件的表面硬 度、降低磨擦系數(shù)，提高工件的耐磨損性能，從而達(dá)到延長工件使用壽命的目的。
背景技術(shù)：
CN薄膜具有高的硬度、低摩擦系數(shù)，是優(yōu)良的耐磨損薄膜。采用反應(yīng)磁控濺射法和 化學(xué)氣相沉積法制備CN薄膜的研究相對成熟，制備的CN薄膜中N含量可控，其硬度一般小 于 20GPa。采用電弧離子鍍技術(shù)可以獲得硬度更高的CN薄膜，具有更優(yōu)異的耐磨損性能，薄 膜中的N含量最高可達(dá)50%左右，CN薄膜的總厚度可以達(dá)到3 μ m。同時(shí)，由于電弧離子鍍 技術(shù)本身的特點(diǎn)，采用電弧離子鍍技術(shù)制備CN薄膜可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面工件的耐磨損處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決采用反應(yīng)磁控濺射法和化學(xué)氣相沉積法制備CN薄膜的 硬度低的問題，提出一種電弧離子鍍CN薄膜的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，實(shí)現(xiàn)該方法的電弧離子鍍膜設(shè)備包括 真空室并在真空室內(nèi)配置了石墨電弧源、離子源、偏壓電源和多通道供氣系統(tǒng)；是在石墨電 弧源工作的過程中，通過離子源輔助引入N元素，從而制備了 CN薄膜；通過調(diào)節(jié)N2氣流量 和石墨電弧源的工作頻率，可以改變CN薄膜中的N含量，獲得綜合性能優(yōu)異的耐磨損CN薄 膜；CN薄膜為非晶態(tài)，薄膜厚度可以達(dá)到3μπι ；采用電弧離子鍍技術(shù)制備的CN薄膜可以應(yīng) 用于復(fù)雜曲面精密工件表面的耐磨損處理；其具體制備步驟為1)向真空室內(nèi)通入Ar氣，打開離子源，對工件表面進(jìn)行活化處理；2)關(guān)閉離子源，斷開Ar氣，對工件加偏壓，打開Ti電弧源，鍍Ti過渡層；3)關(guān)閉Ti電弧源，向真空室內(nèi)通入N2和Ar混和氣體，打開離子源，同時(shí)打開石墨 電弧源，鍍CN薄膜；上述步驟1)中向真空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在7X10_2Pa 3X10_2Pa ；離 子源放電電壓設(shè)定為3kV 4kV，對工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為IOmin 30min ；上述步驟2)中對工件加100 300V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電電流為 50 60A，鍍Ti過渡層，鍍膜時(shí)間為2 IOmin ；上述步驟3)中向真空室內(nèi)通入N2和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在1 X KT1Pa SXlO-1Pa ；打開離子源，設(shè)定放電電壓為300V 600V ；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為 2Hz 10Hz，工作脈沖次數(shù)為1萬 2萬。有益效果
本發(fā)明采用電弧離子鍍技術(shù)制備的CN薄膜硬度大于30GPa ；CN薄膜中的N元素含量可控，易于實(shí)現(xiàn)CN薄膜性能優(yōu)化；采用電弧離子鍍技術(shù)可以在復(fù)雜曲面工件表面鍍CN薄膜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例11)離子束活化向真空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在4X10_2Pa;離子源放電電 壓為3. 8kV，對工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為15min ；2)鍍過渡層對工件加100V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電流為50A，鍍Ti過 渡層，鍍膜時(shí)間為5min ；3)鍍CN薄膜向真空室內(nèi)通入N2和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在1 X ICT1Pa ；打 開離子源，設(shè)定放電電壓為300V ；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為3Hz，工作脈沖次數(shù)為1 萬；最后得到薄膜總厚度約為1. 5 μ m。實(shí)施例21)離子束活化向真空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在5X10_2Pa;離子源放電電 壓設(shè)定為3. 4kV，對工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為20min ；2)鍍過渡層對工件加300V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電流為55A，鍍Ti過 渡層，鍍膜時(shí)間為4min ；3)鍍CN薄膜向真空室內(nèi)通入N2和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在5 X ICT1Pa ；打 開離子源，設(shè)定放電電壓為500V ；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為5Hz工作脈沖次數(shù)為2 萬；最后得到薄膜總厚度約為3. 0 μ m。實(shí)施例31)離子束活化向真空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在6X10_2Pa ；離子源放電電 壓設(shè)定為3. 5kV，對工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為IOmin ；2)鍍過渡層對工件加200V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電流為58A，鍍Ti過 渡層，鍍膜時(shí)間為3min;3)鍍CN薄膜向真空室內(nèi)通入N2和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在3 X ICT1Pa ；打 開離子源，設(shè)定放電電壓為600V ；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為8Hz工作脈沖次數(shù)為2 萬；最后得到薄膜總厚度約為3. 0 μ m。
權(quán)利要求
一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)該方法的電弧離子鍍膜設(shè)備包括真空室并在真空室內(nèi)配置了石墨電弧源、離子源、偏壓電源和多通道供氣系統(tǒng)；是在石墨電弧源工作的過程中，通過離子源輔助引入N元素，從而制備了CN薄膜；通過調(diào)節(jié)N2氣流量和石墨電弧源的工作頻率，可以改變CN薄膜中的N含量，獲得綜合性能優(yōu)異的耐磨損CN薄膜；CN薄膜為非晶態(tài)，薄膜厚度可以達(dá)到3μm；采用電弧離子鍍技術(shù)制備的CN薄膜可以應(yīng)用于復(fù)雜曲面精密工件表面的耐磨損處理；其具體制備步驟為1)向真空室內(nèi)通入Ar氣，打開離子源，對工件表面進(jìn)行活化處理；2)關(guān)閉離子源，斷開Ar氣，對工件加偏壓，打開Ti電弧源，鍍Ti過渡層；3)關(guān)閉Ti電弧源，向真空室內(nèi)通入N2和Ar混和氣體，打開離子源，同時(shí)打開石墨電弧源，鍍CN薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，其特征在于步驟1)中向真 空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在7 X ICT2Pa 3 X ICT2Pa ；離子源放電電壓設(shè)定為3kV 4kV，對工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為IOmin 30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，其特征在于步驟2)中對 工件加100 300V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電電流為50 60A，鍍Ti過渡層，鍍膜 時(shí)間為2 IOmin。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，其特征在于步驟3)中向 真空室內(nèi)通入N2和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在1 X ICT1Pa 5 X ICT1Pa ；打開離子源，設(shè) 定放電電壓為300V 600V ；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為2Hz 10Hz，工作脈沖次數(shù) 為1萬 2萬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。在石墨電弧源工作的過程中，通過離子源輔助引入N元素，從而制備了CN薄膜；通過調(diào)節(jié)N2氣流量和石墨電弧源的工作頻率，可以改變CN薄膜中的N含量，獲得綜合性能優(yōu)異的耐磨損CN薄膜；CN薄膜為非晶態(tài)，薄膜厚度可以達(dá)到3μm；采用電弧離子鍍技術(shù)制備的CN薄膜可以應(yīng)用于復(fù)雜曲面精密工件表面的耐磨損處理；本發(fā)明采用電弧離子鍍技術(shù)制備的CN薄膜硬度大于30GPa；CN薄膜中的N元素含量可控，易于實(shí)現(xiàn)CN薄膜性能優(yōu)化；采用電弧離子鍍技術(shù)可以在復(fù)雜曲面工件表面鍍CN薄膜。
文檔編號(hào)C23C14/46GK101962747SQ201010522818
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者任妮, 武生虎, 肖更竭, 趙棟才, 馬占吉 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所