專利名稱：磁控電弧離子鍍膜法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是應用磁控電弧離子鍍膜裝置，對非金屬和金屬材料進行鍍膜的方法。
離子鍍膜技術是近十幾年發(fā)展起來的表面物理氣相沉積薄膜技術，它利用離子動能轟擊工件表面并與反應氣體作用生成需要的膜層，其膜層均勻，致密，與基底結合牢固，可以產生多種性能優(yōu)良的表面膜。但目前為止，國內外離子鍍膜大多局限于不銹鋼和高速鋼表面鍍TiN膜。1987年，本發(fā)明人發(fā)明了一項磁控電弧離子鍍膜裝置(CN87104730A，公開的申請文件發(fā)明名稱為等離子體加速器法離子鍍膜裝置)利用該裝置進行離子鍍膜，提高了膜層質量，使用壽命達10倍以上，而且適用于銅、鋁、鋅鋁合金、普通鋼材等多種工件，但也只是在金屬工件表面鍍TiN膜，制作各種仿金的裝飾表面，尚未試制出在非金屬工件以及在金屬和非金屬工件上鍍彩虹膜和其它功能膜的方法。
本發(fā)明的目的是要進一步擴大磁控電弧離子鍍膜的應用領域，提供在非金屬材料鍍膜以及在金屬和非金屬材料上鍍彩虹膜和功能膜的方法。
本發(fā)明方法的實現(xiàn)是利用磁控電弧離子鍍膜裝置(CN87104730A)，將裝置中抽真空，對鍍膜材料(即裝置中的陰極或稱靶極)施以特定磁場和屏蔽，以磁場控制的電弧燃燒使靶材蒸發(fā)，電離，由固態(tài)變成高能量、高密度的等離子體，在工件負偏壓的情況下，通入反應氣體，與等離子體作用，在工件表面沉積成膜。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，鍍膜材料可采用金屬靶極，合金靶極或石墨靶極，金屬靶極包括金、鈦、釩、鎢、鉬、鉻、銅、鋁等金屬，合金靶極包括不銹鋼和鎳鉻合金(Ni-Cr)。反應氣體可通入氬氣、氮氣、乙炔、乙烯等。在控制電弧燃燒前反應裝置內的真空度為(1～5)10-3Pa，引發(fā)引摯弧流為(60～150)安培，工件負偏壓為(-10～-500)V，反應過程中，真空度為(1～5)10-1的條件時，不同的靶材與通入的不同氣體反應可在金屬或非金屬材料上產生不同顏色(金黃、銀白、彩虹、黑灰色)及不同功能(耐磨、半導體、防腐)的金屬(如Ti、V、Al、Cu、W、Mo、Zr、Hf等)或化合物(TiO2、CrN、Vo2、TiC、Al2O3、WC、MoO2)等的薄膜沉積。如以Ti靶極為例，除TiN具有仿金效果外，鈦靶極與通入的高純氧氣作用可在工件上沉積TiO2彩虹膜，與通入的乙烯或乙炔作用可生成TiC膜。氧化鈦(TiO2)具有特殊色澤，因鍍膜厚度不同而呈現(xiàn)紅、綠、蘭、黃、紫等多種色彩，碳化鈦呈灰黑色澤，具有良好的耐磨特性。又如釩靶極與氧氣作用，可在工件上沉積Vo2功能膜。
本發(fā)明不僅能在金屬材料，而且能在非金屬材料(陶瓷、玻璃、塑料)上鍍膜，可鍍工件范圍廣，還可取代電鍍技術，特別是用于工藝品鍍膜，色彩鮮艷，耐用抗磨，成本低，生產效率高，有廣泛的使用領域。
下面結合附圖詳述本發(fā)明

圖1為磁控電弧離子鍍膜裝置結構示意中，鍍膜材料(1)，殼體(2)，永久磁鐵(3)，陰極底座(4)，即紫銅水冷基座，絕緣體(5)，電磁鐵(6)，短路引弧觸發(fā)器(7)，筒屏蔽(8)，平面屏蔽(9)，等離子體流(10)，加速器(11)，電壓繼電器(12)工件架(13)，真空機組(14)，電阻(15)，聯(lián)結螺釘(16)。
以在玻璃工藝品上鍍氧化鈦(TiO2)彩虹膜為例，在如圖所示的裝置內裝入相應的鍍膜材料，即鈦靶極，該靶極是通過聯(lián)結螺釘(16)與一紫銅水冷基座(4)相連，表面可為凹形也可為平面形，表面厚度在12～80cm之間，將工件(玻璃品)去油，沖洗，脫水，烘干，然后將清洗好的零件掛進反應鐘罩內的旋轉工件支架(13)上，用真空機組(14)將反應鐘罩內抽真空為2×10-3Pa，再通入Ar氣，使真空度降到2×10-2Pa，此時，接通電流，控制弧流為100安培(A)，工件偏壓為-200V，再通入反應氣體如氧氣，或乙炔氣，反應時間可根據(jù)工件的材料或尺寸的不同靈活掌握，在整個反應過程中，真空度范圍保持(1～5)10-1Pa，鈦靶極與通入的氧氣作用，在工件沉積氧化鈦(TiO2)膜層，呈現(xiàn)具有不同顏色的彩虹膜，當控制不同弧流、時間、偏壓，可以使彩虹膜的顏色比例不同。鈦靶極與通入的乙炔(C2H2)氣作用，在工件沉積鈦化氮(TiN)膜層，呈黑灰色，具有耐磨作用。
權利要求
1.一種磁控電弧離子鍍膜法，使用磁控離子鍍膜裝置，將裝置內抽真空，對鍍膜材料(陰極)施以特定磁場和屏蔽，使其蒸發(fā)、電離、加速變成高能量、高密度的等離子體再對工件施加負偏壓和通入反應氣體，等離子體與通入的反應氣體作用，在工件表面沉積成膜，其特征是；1).反應前，控制裝置的真空度為(1～5)10-3Pa，2).鍍膜材料(陰極)可采用金屬、合金靶極或石墨靶極，3).反應氣體可為氬氣(Ar)、氮氣(N2)、氧氣(O2)、乙烯、乙炔，4).控制靶極燃燒的弧流為(60～500)安培，對工件施加的負偏壓為(-20～-500)V。
2.按照權利要求1所述磁控電弧離子鍍膜法，其特征為，鍍膜材料采用金屬靶極包括，金、鈦、釩、鎢、鉬、鉻、銅、鋁等金屬，采用合金靶極包括不銹鋼及鎳鉻合金。
全文摘要
本發(fā)明應用磁控電弧離子鍍膜裝置，以磁場控制的電弧燃燒使各種金屬、合金等鍍膜材料蒸發(fā)，電離，變成高能量、高密度的等離子體，在工件負偏壓的條件下，與通入的氧氣、乙炔氣等反應，可在金屬或非金屬工件上產生不同顏色的金屬或化合物薄膜沉積。本發(fā)明可鍍工件范圍廣，特別是用于工藝品鍍膜，色彩鮮艷，耐用抗磨，成本低，生產效率高，有廣泛的使用領域。
文檔編號C23C14/32GK1043961SQ8910551
公開日1990年7月18日 申請日期1989年8月21日 優(yōu)先權日1989年8月21日
發(fā)明者田大準, 周以仁, 汪小平, 田羌風 申請人:機械電子工業(yè)部北京機械工業(yè)自動化研究所