专利名称：磁控电弧离子镀膜法的制作方法
技术领域：
本发明是应用磁控电弧离子镀膜装置，对非金属和金属材料进行镀膜的方法。
离子镀膜技术是近十几年发展起来的表面物理气相沉积薄膜技术，它利用离子动能轰击工件表面并与反应气体作用生成需要的膜层，其膜层均匀，致密，与基底结合牢固，可以产生多种性能优良的表面膜。但目前为止，国内外离子镀膜大多局限于不锈钢和高速钢表面镀TiN膜。1987年，本发明人发明了一项磁控电弧离子镀膜装置(CN87104730A，公开的申请文件发明名称为等离子体加速器法离子镀膜装置)利用该装置进行离子镀膜，提高了膜层质量，使用寿命达10倍以上，而且适用于铜、铝、锌铝合金、普通钢材等多种工件，但也只是在金属工件表面镀TiN膜，制作各种仿金的装饰表面，尚未试制出在非金属工件以及在金属和非金属工件上镀彩虹膜和其它功能膜的方法。
本发明的目的是要进一步扩大磁控电弧离子镀膜的应用领域，提供在非金属材料镀膜以及在金属和非金属材料上镀彩虹膜和功能膜的方法。
本发明方法的实现是利用磁控电弧离子镀膜装置(CN87104730A)，将装置中抽真空，对镀膜材料(即装置中的阴极或称靶极)施以特定磁场和屏蔽，以磁场控制的电弧燃烧使靶材蒸发，电离，由固态变成高能量、高密度的等离子体，在工件负偏压的情况下，通入反应气体，与等离子体作用，在工件表面沉积成膜。现已发现，镀膜材料可采用金属靶极，合金靶极或石墨靶极，金属靶极包括金、钛、钒、钨、钼、铬、铜、铝等金属，合金靶极包括不锈钢和镍铬合金(Ni-Cr)。反应气体可通入氩气、氮气、乙炔、乙烯等。在控制电弧燃烧前反应装置内的真空度为(1～5)10-3Pa，引发引挚弧流为(60～150)安培，工件负偏压为(-10～-500)V，反应过程中，真空度为(1～5)10-1的条件时，不同的靶材与通入的不同气体反应可在金属或非金属材料上产生不同颜色(金黄、银白、彩虹、黑灰色)及不同功能(耐磨、半导体、防腐)的金属(如Ti、V、Al、Cu、W、Mo、Zr、Hf等)或化合物(TiO2、CrN、Vo2、TiC、Al2O3、WC、MoO2)等的薄膜沉积。如以Ti靶极为例，除TiN具有仿金效果外，钛靶极与通入的高纯氧气作用可在工件上沉积TiO2彩虹膜，与通入的乙烯或乙炔作用可生成TiC膜。氧化钛(TiO2)具有特殊色泽，因镀膜厚度不同而呈现红、绿、兰、黄、紫等多种色彩，碳化钛呈灰黑色泽，具有良好的耐磨特性。又如钒靶极与氧气作用，可在工件上沉积Vo2功能膜。
本发明不仅能在金属材料，而且能在非金属材料(陶瓷、玻璃、塑料)上镀膜，可镀工件范围广，还可取代电镀技术，特别是用于工艺品镀膜，色彩鲜艳，耐用抗磨，成本低，生产效率高，有广泛的使用领域。
下面结合附图详述本发明
图1为磁控电弧离子镀膜装置结构示意中，镀膜材料(1)，壳体(2)，永久磁铁(3)，阴极底座(4)，即紫铜水冷基座，绝缘体(5)，电磁铁(6)，短路引弧触发器(7)，筒屏蔽(8)，平面屏蔽(9)，等离子体流(10)，加速器(11)，电压继电器(12)工件架(13)，真空机组(14)，电阻(15)，联结螺钉(16)。
以在玻璃工艺品上镀氧化钛(TiO2)彩虹膜为例，在如图所示的装置内装入相应的镀膜材料，即钛靶极，该靶极是通过联结螺钉(16)与一紫铜水冷基座(4)相连，表面可为凹形也可为平面形，表面厚度在12～80cm之间，将工件(玻璃品)去油，冲洗，脱水，烘干，然后将清洗好的零件挂进反应钟罩内的旋转工件支架(13)上，用真空机组(14)将反应钟罩内抽真空为2×10-3Pa，再通入Ar气，使真空度降到2×10-2Pa，此时，接通电流，控制弧流为100安培(A)，工件偏压为-200V，再通入反应气体如氧气，或乙炔气，反应时间可根据工件的材料或尺寸的不同灵活掌握，在整个反应过程中，真空度范围保持(1～5)10-1Pa，钛靶极与通入的氧气作用，在工件沉积氧化钛(TiO2)膜层，呈现具有不同颜色的彩虹膜，当控制不同弧流、时间、偏压，可以使彩虹膜的颜色比例不同。钛靶极与通入的乙炔(C2H2)气作用，在工件沉积钛化氮(TiN)膜层，呈黑灰色，具有耐磨作用。
权利要求
1.一种磁控电弧离子镀膜法，使用磁控离子镀膜装置，将装置内抽真空，对镀膜材料(阴极)施以特定磁场和屏蔽，使其蒸发、电离、加速变成高能量、高密度的等离子体再对工件施加负偏压和通入反应气体，等离子体与通入的反应气体作用，在工件表面沉积成膜，其特征是；1).反应前，控制装置的真空度为(1～5)10-3Pa，2).镀膜材料(阴极)可采用金属、合金靶极或石墨靶极，3).反应气体可为氩气(Ar)、氮气(N2)、氧气(O2)、乙烯、乙炔，4).控制靶极燃烧的弧流为(60～500)安培，对工件施加的负偏压为(-20～-500)V。
2.按照权利要求1所述磁控电弧离子镀膜法，其特征为，镀膜材料采用金属靶极包括，金、钛、钒、钨、钼、铬、铜、铝等金属，采用合金靶极包括不锈钢及镍铬合金。
全文摘要
本发明应用磁控电弧离子镀膜装置，以磁场控制的电弧燃烧使各种金属、合金等镀膜材料蒸发，电离，变成高能量、高密度的等离子体，在工件负偏压的条件下，与通入的氧气、乙炔气等反应，可在金属或非金属工件上产生不同颜色的金属或化合物薄膜沉积。本发明可镀工件范围广，特别是用于工艺品镀膜，色彩鲜艳，耐用抗磨，成本低，生产效率高，有广泛的使用领域。
文档编号C23C14/32GK1043961SQ8910551
公开日1990年7月18日 申请日期1989年8月21日 优先权日1989年8月21日
发明者田大准, 周以仁, 汪小平, 田羌风 申请人:机械电子工业部北京机械工业自动化研究所