本發(fā)明涉及鍍膜，尤其是涉及一種高硬度鍍膜方法。

背景技術(shù)：

1、磁控濺射鍍膜是指將涂層材料作為靶陰極、利用氬離子轟擊靶材，產(chǎn)生陰極濺射，把靶材粒子濺射到工件上形成沉積層的一種鍍膜技術(shù)。原理是通過氬氣在異常輝光放電產(chǎn)生的等離子體在電場的作用下，對靶陰極表面進(jìn)行轟擊，靶陰極表面的分子、原子、離子及電子等粒子濺射出來并帶有一定的動能，粒子沿一定的方向射向工件表面，從而在工件表面形成鍍層。

2、磁控濺射鍍膜是應(yīng)用最廣泛的一種濺射沉積方法，應(yīng)用到光學(xué)、材料、半導(dǎo)體、電子等領(lǐng)域。通過在玻璃、藍(lán)寶石或陶瓷表面鍍上導(dǎo)電膜層，可以提高工件的硬度、耐腐蝕性、耐磨性等綜合性能，提高工件的使用壽命。其中二元薄膜常見的為crn涂層，二元薄膜與工件的結(jié)合力不強，常會在crn基涂層中摻雜si和c元素，以提高crn基涂層的高溫耐氧化性、耐磨損性和水潤滑性能。

3、市場常用的鍍膜方法是通過磁控濺射公轉(zhuǎn)的方式，工件沿著鍍膜室的軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動，此時的鍍膜涂層的莫氏硬度較低，并且涂層的邊緣直身位的附著力差，影響涂層的使用效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了提高鍍膜涂層的莫氏硬度，提高涂層的邊緣直身位的附著力，本技術(shù)提供一種高硬度鍍膜方法。

2、本技術(shù)提供的一種高硬度鍍膜方法采用如下的技術(shù)方案：

3、一種高硬度鍍膜方法，包括如下步驟：

4、(1).準(zhǔn)備：在磁控濺射鍍膜設(shè)備中安裝cr靶和cr/si混合靶，將工件進(jìn)行超聲清洗，烘干后固定在磁控濺射鍍膜設(shè)備的鍍膜室的轉(zhuǎn)架上，將鍍膜室抽真空并預(yù)熱工件，開啟轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)；

5、(2).刻蝕：向鍍膜室內(nèi)通入氬氣，氬氣流量為30-40sccm，采用離子束對工件進(jìn)行刻蝕，刻蝕時間為4-5min；

6、(3).沉積cr膜：向鍍膜室內(nèi)繼續(xù)通入氬氣，氬氣流量增大為170-190sccm，設(shè)置cr靶電流為18-20a，開始沉積，沉積時間5-7min；

7、(4).沉積第一crsicn膜：保持氬氣通入，同時向鍍膜室內(nèi)通入氮氣和乙炔，將鍍膜室內(nèi)加熱至180-210℃，保溫30-40min后關(guān)閉加熱，開始保溫鍍膜，設(shè)置cr/si靶電流為15-16a，沉積時間30-32min；

8、(5).沉積crsin膜:保持氬氣通入，關(guān)閉乙炔，增大氮氣流量，設(shè)置cr/si靶電流為18-20a，開始沉積，沉積時間10-12min；

9、(6).沉積第二crsicn膜：保持氬氣通入，通入乙炔，減少氮氣流量，將鍍膜室內(nèi)加熱至180-210℃，保溫30-40min后關(guān)閉加熱，開始保溫鍍膜，設(shè)置cr/si靶電流為12-13a，沉積時間35-38min；

10、(7).鍍完膜后冷卻降溫，取出工件。

11、通過采用上述技術(shù)方案，鍍膜為cr/第一crsicn/crsin/第二crsicn的疊層結(jié)構(gòu)，cr膜作為打底，有很強的界面融合性能，能夠?qū)崿F(xiàn)薄膜和工件很高的結(jié)合強度；crsicn膜通過摻雜si、c元素，可以大幅度降低薄膜的摩擦因數(shù)，通過si、c的固溶作用阻礙了裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)散，細(xì)化晶粒，從而提高薄膜的硬度；在兩個crsicn膜之間增加crsin過渡層，可以阻止晶格內(nèi)部的微小裂紋的傳播，減少游離態(tài)c的增加對薄膜硬度的不利影響。制備的薄膜表面平整致密，具備優(yōu)異的硬度、耐磨與耐腐蝕性能。

12、在進(jìn)行crsicn膜的沉積時，通過保溫鍍膜使得鍍膜時的溫度可以不變，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pv＝nrt，此時氣體壓強和體積成反比，在鍍膜時可以減少因加熱溫度產(chǎn)生的膜層缺陷，膜層不會出現(xiàn)針孔透光現(xiàn)象，提升了膜層的可靠性。

13、可選的，所述步驟(4)和所述步驟(6)中的氮氣流量為120-125sccm，乙炔流量為30-40sccm。

14、通過采用上述技術(shù)方案，控制氬氣、氮氣和乙炔的流量比，控制薄膜生成的相組織結(jié)構(gòu)，提高薄膜的結(jié)晶度，使得si和c分別形成固溶體，減少非晶態(tài)si3n4和游離態(tài)c的體積分?jǐn)?shù)。

15、可選的，所述步驟(5)中的氮氣流量為160-165sccm。

16、通過采用上述技術(shù)方案，增大氮氣的流量，使得氮氣可以和cr結(jié)合形成穩(wěn)定的晶相，方便沉積形成crsin膜。

17、可選的，所述步驟(2)中的離子源電壓為1100-1300v。

18、通過采用上述技術(shù)方案，控制離子源電壓發(fā)射離子束，通過離子束可以對工件表面進(jìn)行清洗，去除表面的污染物，改變工件表面的光學(xué)和電學(xué)性能。

19、可選的，所述步驟(1)中的cr/si混合靶的混合比例為cr:si＝9:1。

20、通過采用上述技術(shù)方案，控制si的摻雜量，避免非晶態(tài)的si3n4的體積分?jǐn)?shù)過高，影響薄膜的結(jié)晶度和硬度。

21、可選的，所述的薄膜各層厚度為：cr膜100-110nm，第一crsicn膜60-70nm，crsin膜140-150nm，第二crsicn膜200-210nm。

22、通過采用上述技術(shù)方案，控制薄膜各層的厚度比例，使得薄膜各層之間的結(jié)合力強，綜合性能佳。

23、可選的，所述步驟(1)中的cr靶的純度為99.5％及以上；所述的轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)速度為25-30r/min。

24、通過采用上述技術(shù)方案，控制轉(zhuǎn)架速度，使得鍍膜速率高，鍍膜的均勻性好。

25、可選的，所述步驟(2)、所述步驟(3)和所述步驟(5)的鍍膜溫度設(shè)置在100-180℃。

26、通過采用上述技術(shù)方案，控制鍍膜溫度，從而方便控制靶材的濺射速率和沉積過程中的擴(kuò)散速率，使得薄膜的附著力好，硬度佳。

27、可選的，所述磁控濺射鍍膜設(shè)備包括鍍膜室，鍍膜室內(nèi)設(shè)置有用于放置工件的轉(zhuǎn)架，轉(zhuǎn)架連接有公自轉(zhuǎn)治具，轉(zhuǎn)架連接有偏壓電源，鍍膜室內(nèi)設(shè)置有靶材和四路氣體流量控制系統(tǒng)。

28、通過采用上述技術(shù)方案，通過公自轉(zhuǎn)治具實現(xiàn)正反面和直身位一次鍍膜，解決了直身位的膜層附著力風(fēng)險，提升了鍍膜效率。

29、可選的，步驟(2)中的偏壓電源設(shè)置為-800v，步驟(3)中的偏壓電源設(shè)置為-80v，步驟(4)和步驟(6)中的偏壓電源設(shè)置為-120v，步驟(5)中的偏壓電源設(shè)置為-150v。

30、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

31、1.鍍膜為cr/第一crsicn/crsin/第二crsicn的疊層結(jié)構(gòu)，cr膜作為打底，有很強的界面融合性能，能夠?qū)崿F(xiàn)薄膜和工件很高的結(jié)合強度；crsicn膜通過摻雜si、c元素，可以大幅度降低薄膜的摩擦因數(shù)，通過si、c的固溶作用阻礙了裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)散，細(xì)化晶粒，從而提高薄膜的硬度；在兩個crsicn膜之間增加crsin過渡層，可以阻止晶格內(nèi)部的微小裂紋的傳播，減少游離態(tài)c的增加對薄膜硬度的不利影響。制備的薄膜表面平整致密，具備優(yōu)異的硬度、耐磨與耐腐蝕性能。

32、在進(jìn)行crsicn膜的沉積時，通過保溫鍍膜使得鍍膜時的溫度可以不變，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pv＝nrt，此時氣體壓強和體積成反比，在鍍膜時可以減少因加熱溫度產(chǎn)生的膜層缺陷，膜層不會出現(xiàn)針孔透光現(xiàn)象，提升了膜層的可靠性。

33、2.通過公自轉(zhuǎn)治具實現(xiàn)正反面和直身位一次鍍膜，解決了直身位的膜層附著力風(fēng)險，提升了鍍膜效率。