专利名称：三靶磁控共溅射制备铝-铜-铁准晶涂层的方法及其应用的制作方法
三靶磁控共溅射制备铝 一 铜 一 铁准晶涂层的方法及其应用 [技术领域]
本发明涉及磁控共溅处理表面材料的技术领域，具体地说是一种三 耙磁控共溅射制备铝 一铜—铁准晶涂层的方法及其应用。 [背景技术]
准晶材料是八十年代中后期迅速发展起来的，具有许多优良的性能 的新型材料，例如硬度高、表面能低、摩擦系数极低，耐热耐蚀性能优 良以及光电磁性能优异等性能。因此，准晶材料的这种类似陶瓷材料的 特性吸引了涂层技术工作者的广泛注意，由于准晶材料具有脆性大的特 点，极大的限制了准晶材料的潜在应用领域，于是，准晶材料的工程应 用研究目前主要集中在表面涂层和复合材料两个方面。
从涂层的技术发展与研究成果来看，准晶涂层的形成一般被认为有 两个过程第一步是固态扩散过程；第二步是准晶相的纯化过程；准晶 涂层的制备方法主要分为两大类物理气相沉积(PVD)和热喷涂方法； 物理气相沉积法包括真空蒸镀、溅射沉积、激光熔融合成、离子束混合
等o
在磁控溅射制备涂层时，由于溅射中粒子具有较高的能量，所以涂 层与基体的结合较强，并且还能够方便地控制各个组元的成分比例，其 中，
Chien等系统研究了在液氮冷却的基体上溅射沉积的Al65C2oFeis准 晶涂层，发现直接沉积的涂层为非晶态，在45(TC下退火后涂层变为晶 态，在60(TC下退火后则完全变为准晶态；
Klein等用三层金属薄层通过固态扩散形成了均匀的A1-Cu-Fe准晶涂层，同时发现金属层的沉积顺序必须为A1/Fe/Cu，否则不能形成准晶 涂层；
李国红等用多靶磁控溅射结合后期高温退火的方法成功地制成了 完全取向的二维I相Al-Cu-Co准晶涂层。
上述方法制备A1-Cu-Fe准晶涂层都需要经过退火热处理的过程。 [发明内容]
本发明的目的是克服现有技术的不足，采用FJL560D2型三室超高真 空磁控与离子束多功能溅射镀膜设备，采用铝、铜、铁三种靶材同时进 行磁控溅射，实现在不锈钢基底材料上制备铝一铜一铁准晶涂层的目 的。
为实现上述目的，设计一种三粑磁控共溅射制备铝一铜一铁准晶涂 层的方法，其工艺步骤依次为基底材料预处理、抽真空、调节磁控共溅 射工艺参数、磁控共溅射、缓冷取出得成品，其特征在于采用不锈钢 作为基底材料；所述的磁控共溅射中采用A1靶、Cu耙和Fe靶三种靶材同 时进行磁控溅射；磁控共溅射工艺参数为A1耙溅射功率为116-125W、 Cu靶溅射功率为12-13W、 Fe靶溅射功率为30-38W、背底真空度为 1.5xlO'4Pa，充入Ar气后工作气压为2.0Pa，基底负偏压为-120V，基底温 度为55(TC，溅射时间为60min。
所述的基底材料预处理为将基底材料置于丙酮溶液中超声波清 洗，再将基底材料进行纯水清洗，再在无水酒精中超声波清洗，再次用 清水清洗，最后烘干。
所述的不锈钢为lCrl8Ni9Ti。
所述的Al靶采用直径为60mm,厚度为3.5mm的纯度》99.99%的纯铝靶。
5所述的Cu耙采用直径为60mm，厚度为3.5mm的纯度^99.99。/。的纯铜耙。
所述的Fe靶采用直径为60mm，厚度为1.8皿的纯度》99.99%的纯铁耙。
三耙磁控共溅射制备的铝一铜一铁准晶涂层应用于机械、汽车、石 化、电力、化工、航空领域。
本发明同现有技术相比，三靶磁控共溅射制备的A1-Cu-Fe准晶涂层 的硬度高，摩擦系数低，具有良好的耐磨及抗高温氧化性能，镀层组织 均匀和致密；采用磁控溅射的制备方法有利于控制合金靶材的成分，勿 需经过退火热处理的过程；多种金属离子溅射轰击表面会产生注入效应 以及增加负偏压的作用，有利于提高涂层附着力。 [具体实施方式
]
下面对本发明作进一步的说明，本发明对本专业技术领域的人来说 还是比较清楚的。
实施例1
选用1Crl8Ni9Ti不锈钢，经过表面预处理作为基底材料；
采用三耙进行磁控共溅射的Al靶溅射功率为120W、 Cu靶溅射功 率为12.8W、 Fe耙溅射功率为35W;背底真空度为1.5xlO_4Pa;充入 Ar气后工作气压控制为2.0Pa;基底负偏压为-120V;基底温度为550。C; 溅射时间为60min;
采用上述材料及工艺参数在FJL560D2型三室超高真空磁控与离子 束多功能溅射镀膜设备上制备的Al-Cu-Fe准晶涂层的硬度可以达到 8.2GPa，弹性模量达到184.8Gpa，涂层的摩擦系数为0.08，该涂层在
610%硝酸溶液中的耐蚀性提高将近3.1倍；在50(TC恒温氧化1小时，
涂层的氧化增重仅为无涂层的30%,说明涂层明显提高了抗氧化性能。
实施例2
选用1Crl8Ni9Ti不锈钢，经过表面预处理作为基底材料； 采用三耙进行磁控共溅射的Al耙溅射功率为115W、 Cu耙溅射功 率为12.5W、 Fe靶溅射功率为38W;背底真空度为1.5xl(^Pa;充入 Ar气后工作气压为2.0Pa;基底负偏压为-120V;基底温度为55(TC;溅 射时间为60min;
采用上述材料及工艺参数在FJL560D2型三室超高真空磁控与离子 束多功能溅射镀膜设备上制备的Al-Qi-Fe的硬度可以达到7.9GPa以上， 弹性模量达到180.5Gpa，涂层的摩擦系数为0.09，该涂层在20%硝酸溶 液中的耐蚀性提高将近2.3倍；在40(TC恒温氧化1小时，涂层的氧化 增重仅为无涂层的36%，证明该涂层明显提高了材料的抗氧化性。
权利要求
1、一种三靶磁控共溅射制备铝—铜—铁准晶涂层的方法，其工艺步骤依次为基底材料预处理、抽真空、调节磁控共溅射工艺参数、磁控共溅射、缓冷取出得成品，其特征在于采用不锈钢作为基底材料；所述的磁控共溅射中采用Al靶、Cu靶和Fe靶三种靶材同时进行磁控溅射；磁控共溅射工艺参数为Al靶溅射功率为116-125W、Cu靶溅射功率为12-13W、Fe靶溅射功率为30-38W、背底真空度为1.5×10-4Pa，充入Ar后工作气压为2.0Pa，基底负偏压为-120V，基底温度为550℃，溅射时间为60min。
2、 如权利要求1所述的一种三靶磁控共溅射制备铝一铜一铁准晶涂 层的方法，其特征在于所述的基底材料预处理为将基底材料置 于丙酮溶液中超声波清洗，再将基底材料进行纯水清洗，再在无 水酒精中超声波清洗，再次用清水清洗，最后烘干。
3、 如权利要求1所述的一种三靶磁控共溅射制备铝一铜一铁准晶涂 层的方法，其特征在于所述的不锈钢为1Crl8Ni9Ti。
4、 如权利要求1所述的一种三耙磁控共溅射制备铝一铜一铁准晶涂 层的方法，其特征在于所述的Al靶采用直径为60mm，厚度为 3.5mm的纯度>99.99%的纯铝耙。
5、 如权利要求1所述的一种三靶磁控共溅射制备铝一铜一铁准晶涂 层的方法，其特征在于所述的Cu靶采用直径为60mm，厚度为 3.5mm的纯度》99.99%的纯铜耙。
6、 如权利要求1所述的一种三靶磁控共溅射制备铝一铜一铁准晶涂 层的方法，其特征在于所述的Fe耙采用直径为60mm，厚度为 1.8mm的纯度》99.99%的纯铁耙。
7、 一种三耙磁控共溅射制备铝一铜一铁准晶涂层的应用，其特征在 于三靶磁控共溅射制备的铝一铜一铁准晶涂层应用于机械、汽 车、石化、电力、化工、航空领域。
全文摘要
本发明涉及磁控共溅处理表面材料的技术领域，具体地说是一种三靶磁控共溅射制备铝—铜—铁准晶涂层的方法及其应用，其特征在于磁控共溅射中采用Al靶、Cu靶和Fe靶三种靶材同时进行磁控溅射；磁控共溅射工艺参数为Al靶溅射功率为116-125W、Cu靶溅射功率为12-13W、Fe靶溅射功率为30-38W、背底真空度为1.5×10<sup>-4</sup>Pa，充入Ar气后工作气压为2.0Pa，基底负偏压为-120V，基底温度为550℃，溅射60min。本发明与现有技术相比，准晶涂层的硬度高，摩擦系数低，耐磨及抗高温氧化性能好，镀层组织均匀和致密，涂层附着力高；采用磁控溅射方法有利于控制合金靶材的成分，勿需经过退火热处理。
文档编号C23C14/35GK101429648SQ200810204439
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者佳 何, 刘延辉, 周细应 申请人:上海工程技术大学