>[0081]抽真空至真空度高于4.0X l(T3Pa，通入Ar至气压达到30Pa，引发Ar电离形成增强放电的Ar的等离子体，调节工件偏压电源5的偏压，调节工件偏压电源5的偏压至1200V，Ar离子在电场作用下轰击清洗20分钟；
[0082](3)制备硬质薄膜层
[0083]关闭热丝装置及热丝偏压电源，保持真空度为8Pa，启动增强过滤阴极弧源3，通入反应气体N2，通过电弧离子镀制备3 μπι氮化铬硬质薄膜层；
[0084](4)重复离子轰击后制备硬质薄膜
[0085]重复步骤(2)、(3)，直到工件表面氮化铬硬质薄膜层厚度达到39 μ m，得到致密的氮化铬硬质薄膜层。
[0086]实施例7
[0087]采用实施例3的设备进行等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀方法，包括以下顺序步骤:
[0088](I)制备渗氮层
[0089]将纯钛和纯铝作为阴极靶材安装于上述等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备之中，关闭真空腔室9，抽真空至真空度4.0X 10_3Pa ;启动加热器12，将工件加热升温至600 V，启动工件偏压电源5，启动热丝装置2及热丝偏压电源I，设置工件偏压电源为脉冲偏压，其参数为:工作频率40KHz，占空比85%，偏压幅值为-1OOOV ；
[0090]设置通入热丝中的电流为100A，热丝两端的电压为100V，设置热丝偏压电源的偏压为-50V ；
[0091 ] 通入队及H 2至气压达到50Pa，引发N 2及H 2电离形成增强放电的气体等离子体对工件渗氮，通入N2的流量为500SCCM，通入H2的流量为1000SCCM，获得5 μ m的渗氮层，停止通入队及!12;
[0092](2)离子轰击清洗
[0093]抽真空至真空度高于4.0X l(T3Pa，通入Ar至气压达到50Pa，引发Ar电离形成增强放电的Ar的等离子体，调节工件偏压电源5的偏压，调节工件偏压电源5的偏压至-1500V，Ar离子在电场作用下轰击清洗30分钟；
[0094](3)制备硬质薄膜层
[0095]关闭热丝装置及热丝偏压电源，保持真空度为10Pa，启动增强过滤阴极弧源3，通入反应气体N2，通过电弧离子镀制备5 μ m氮化钛铝硬质薄膜层；
[0096](4)重复离子轰击后制备硬质薄膜
[0097]重复步骤(2)、(3)，直到工件表面氮化钛铝硬质薄膜层厚度达到50 μ m，得到致密的氮化钛铝硬质薄膜层。
【主权项】
1.一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备，包括真空腔室(9)，其特征在于，所述真空腔室底部活动安装有旋转平台(8)，旋转平台上放置工件(11)，旋转平台与工件偏压电源(5)负极相连，旋转平台与真空腔室绝缘，工件偏压电源(5)正极与真空腔室相连；所述真空腔室壁上固定安装有热丝装置(2)，热丝装置的负极与热丝偏压电源(I)负极相连，热丝偏压电源(I)正极与真空腔室相连，热丝装置与真空腔室绝缘；所述真空腔室上固定安装有增强过滤阴极弧源(3);所述真空腔室上安装有真空系统(4)，所述真空腔室壁上还设置有腔室进气孔(10)。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备，其特征在于，所述热丝装置(2)采用热丝连接于直流电源两端电极之上，热丝位于真空腔室内部，所述热丝为直径0.5-1.5mm的钨、钼或钽丝，热丝装置的电路中设置有热丝装置开关(21)。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备，其特征在于，所述旋转平台与真空腔室之间安装有旋转平台绝缘套(7)，所述热丝装置与真空腔室之间安装有热丝装置绝缘套(22)，所述真空腔室内壁上安装有加热器(12)。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备，其特征在于，所述增强过滤阴极弧源(3)采用弧源法兰(34)固定于真空腔室壁之上，二级磁场线圈(33)固定于弧源法兰之上，一级磁场线圈(31)固定于二级磁场线圈(33)末端，阴极靶(32)固定于一级磁场线圈中心；所述一级磁场线圈内部设置一级线圈支撑圆筒，且一级线圈支撑圆筒内径为Φ 120-250mm，长度为40_100mm，一级磁场线圈的缠绕密度为8_30匝/_，一级磁场线圈的铜线直径为0.5-2mm ;所述二级磁场线圈内部设置二级线圈支撑圆筒，且二级线圈支撑圆筒内径为?150-300mm，长度为200-400mm，二级磁场线圈缠绕密度为5-20胆/mm, 二级磁场线圈铜线直径为0.5-1.5mm。
5.采用权利要求1所述设备进行的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀方法，其特征在于，在真空条件下，将工件加热升温，启动工件偏压电源，启动热丝装置及热丝偏压电源，通入N^H2，引发电离形成增强放电的气体等离子体对工件渗氮，获得渗氮层，停止通入队及H2;通入Ar引发Ar电离形成增强放电的Ar的等离子体，Ar离子在电场作用下轰击清洗；然后再通过电弧离子镀制备硬质薄膜层；重复Ar离子清洗和电弧离子镀制备硬质薄膜层的步骤，获得致密的硬质薄膜层。
6.根据权利要求5所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀方法，其特征在于，包括以下顺序步骤: (1)制备渗氮层 将需要制备的硬质薄膜层的原材料作为阴极靶材安装于上述等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备之中，关闭真空腔室(9)，抽真空至真空度高于5.0X 10_3Pa ;启动加热器(12)，将工件加热升温至300°C?600°C，启动工件偏压电源(5)，启动热丝装置(2)及热丝偏压电源(I)，通入队及H2至气压达到0.lPa-50Pa，引发N2&H2电离形成增强放电的气体等离子体对工件渗氮，获得1-5 μ m的渗氮层，停止通入队及H2; (2)离子轰击清洗 抽真空至真空度高于5.0X l(T3Pa，通入Ar至气压达到0.lPa_50Pa，引发Ar电离形成增强放电的Ar的等离子体，调节工件偏压电源(5)的偏压，Ar离子在电场作用下轰击清洗5-30分钟； (3)制备硬质薄膜层 关闭热丝装置及热丝偏压电源，保持真空度为0.1Pa-lOPa，启动增强过滤阴极弧源(3)，通入反应气体，通过电弧离子镀制备0.5-5 μ m硬质薄膜层； (4)重复离子轰击后制备硬质薄膜 重复步骤(2)、(3)，直到工件表面硬质薄膜层厚度达到20-50 μ m，得到致密的硬质薄膜层。
7.根据权利要求6所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀的方法，其特征在于，所述步骤(I)中启动工件偏压电源(5)，设置工件偏压电源为脉冲偏压，其参数为:工作频率5KHz-40KHz，占空比5% _85%，偏压幅值为-400V?-1000V ;所述步骤(I)中通入队的流量为50SCCM?500SCCM，通入H 2的流量为50SCCM?1000SCCM。
8.根据权利要求6所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀的方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)或(4)中启动热丝装置(12)及热丝偏压电源(1)，其中，通入热丝中的电流为20A-100A，热丝两端的电压为30V-100V，设置热丝偏压电源的偏压为-1OV ?-50V。
9.根据权利要求6所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀的方法，其特征在于，所述步骤(2)或(4)中调节工件偏压电源(5)的偏压至-600V?-1500V。
10.根据权利要求6所述的一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀的方法，其特征在于，所述步骤(3)或(4)中硬质薄膜层为氮化钛、碳化钛、氮碳化钛、氮化铬、碳铬纳米复合薄膜和氮化钛铝。
【专利摘要】一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备及方法，属于材料表面改性技术领域，该设备中，包括真空腔室，工件偏压电源正极与真空腔室相连；真空腔室壁上固定安装有热丝装置，热丝装置的负极与热丝偏压电源负极相连，真空腔室上固定安装有增强过滤阴极弧源，在真空条件下，2引发电离形成增强放电的气体等离子体对工件渗氮，重复Ar离子清洗和电弧离子镀制备硬质薄膜层的步骤，获得致密的硬质薄膜层。在同设备同数量级气压条件下连续进行离子渗氮及电弧离子镀膜的工艺，采用双级磁场线圈结构的增强过滤阴极弧源，使用高密度的Ar离子轰击硬质薄膜层，进步磨平薄膜中的粗糙颗粒，提高层间结合力和致密度。
【IPC分类】C23C14-32, C23C28-04, C23C8-36
【公开号】CN104561910
【申请号】CN201510042530
【发明人】林国强, 韩治昀, 魏科科
【申请人】大连理工常州研究院有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日