物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法与流程

1.本发明涉及氮碳化锆膜层领域，具体为物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法。


背景技术：

2.氮化锆＝105.2，密度7.09g/cm3，浅黄色粉末。zrn是一种难熔硬质化合物，分解温度高，化学稳定性好，所以具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨性能，是良好的高温结构材料、超硬工具材料及表面保护材料，同时zrn薄膜具有人们喜爱的较低亮度的金黄颜色，适用于氮化钛不太适合涂覆的领域，具有高抗腐蚀性能，良好的光滑表面以及延展性。
3.目前市场少量使用气相物理沉积技术实现氮化锆膜层生产，应用于不锈钢等黏性金属材料加工，但抗粘黏效果性能一般，寿命短，不能实现高光铣削，为此我们提出了物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，解决了上述的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，包括以下步骤：
8.第一步：对预加工基材表面进行氮化处理，将基体材料置于物理气相沉积设备反应室内的偏转源上，向真空反应室内通入氮气和惰性气体，反应时间20-1800秒；
9.第二步：在基材表面形成沉积薄膜，关闭氮气，向反应室内通入反应气体，调整气压氛围，使反应气体与氮化处理后的基体材料进行反应，进行偏压电流处理；
10.第三步：得到附着有氮碳化锆膜层的基材材料。
11.优选的，所述反应气体为乙炔或甲烷气体。
12.优选的，所述乙炔或甲烷气体流量为10-1000sccm。
13.优选的，所述气压氛围为0.05pa-100pa。
14.优选的，所述偏转源转速可以调整为1-2。
15.优选的，物理气相沉积设备反应室中的温度保持在250度至480度之间。
16.优选的，惰性气体为流量120-300sccm的氩气。
17.优选的，氮气流量为100-800sccm。
18.优选的，偏压为30-200v。
19.(三)有益效果
20.与现有技术相比，本发明提供了物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，具备以下有益效果：
21.1、该物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，氮碳化锆膜层因注入了碳原子(c2h2)，有着优异的抗粘黏特性，在刀具加工中可以大大降低摩擦系数，使排屑更顺畅，加工面更光滑，增加刀具使用寿命。
附图说明
22.图1为涂覆了氮碳化锆膜层的刀具示意图；
23.图2为复合氮碳化锆膜层示意图；
24.图3为复合氮碳化锆膜层500倍微观示意图；
25.图4为氮碳化锆膜层附着力示意图；
26.图5为数据表格示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1-5，物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，包括以下步骤：
29.第一步：对预加工基材表面进行氮化处理，将基体材料置于物理气相沉积设备反应室内的偏转源上，向真空反应室内通入氮气和惰性气体，反应时间20-1800秒；
30.第二步：在基材表面形成沉积薄膜，关闭氮气，向反应室内通入反应气体，调整气压氛围，使反应气体与氮化处理后的基体材料进行反应，进行偏压电流处理；
31.第三步：得到附着有氮碳化锆膜层的基材材料。
32.反应气体为乙炔或甲烷气体。
33.乙炔或甲烷气体流量为10-1000sccm。
34.乙炔，俗称风煤和电石气，是最简单的炔烃化合物，在室温下是一种无色、极易燃的气体，主要用于照明、焊接、橡胶合成等。
35.乙炔微溶于水，溶于乙醇、丙酮等，其化学性质很活泼，能起加成、氧化等反应，在液态和固态下或在气态和一定压力下有猛烈爆炸的危险。工业上多采用乳白色钢瓶贮运。
36.甲烷是结构最简单的烷类，甲烷的结构是由一个碳和四个氢原子透过sp3杂化的方式化合而成，并且是所有烃类物质中，含碳量最小，也是自然界中最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分。
37.甲烷可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。
38.气压氛围0.05pa-100pa。
39.气压是指作用在单位面积上的大气压力，在数值上等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱所受到的重力，国际制单位是帕斯卡，简称帕，符号是pa。
40.其不仅随高度变化，也随温度而异。气压的地区差别是气象变化的直接原因之一，也是天气预报的一个重要的变量。
41.氮碳化锆表面硬度约2400hv，可以配合氮化钛、氮化铝钛、氮化铬铝、氮化钛硅等
组合成复合膜层，增加膜层表面抗粘黏、抗氧化、排屑性能。
42.基于图4能够看出，本方案中偏转源转速可以调整为1-2。
43.物理气相沉积设备反应室中的温度保持在250度至480度之间。
44.惰性气体为120-300sccm的氩气。
45.稀有气体是元素周期表上的0族元素，在常温常压下，它们都是无色无味的单原子气体，很难进行化学反应。稀有气体共有七种，它们是氦(he)、氖(ne)、氩(ar)、氪(kr)、氙(xe)、氡(rn，放射性)、气奥(og，放射性，人造元素)。
46.氮气流量为100-800sccm。
47.偏压为30-200v，偏压电源是真空电弧离子镀及其它真空物理气相沉积设备中一个重要组件，在真空离子镀膜中，偏压电源的好坏对于成膜质量起着非常关键的作用。偏压是指在镀膜过程中施加在基体上的负电压。偏压电源的正极接到真空室上，同时真空室接地，偏压的负极接到工件上。由于大地的电压一般认为是零电位，所以工件上的电压习惯说负偏压。
48.基于图1-4，图中表面了氮碳化锆膜层的具体覆膜状态以及显微镜下状态。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，包括以下步骤：第一步：将基体材料置于物理气相沉积设备反应室内的偏转源上，向真空反应室内通入氮气和惰性气体，反应时间20-1800秒；第二步：在基材表面形成沉积薄膜，关闭氮气，向反应室内通入反应气体，调整气压氛围，使反应气体与氮化处理后的基体材料进行反应，进行偏压电流处理；第三步：得到附着有氮碳化锆膜层的基材材料。2.根据权利要求1所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：所述第二步中的反应气体为乙炔或甲烷气体。3.根据权利要求2所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：所述乙炔或甲烷气体流量为10-1000sccm。4.根据权利要求1所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：所述第二步中的气压氛围为0.05pa-100pa。5.根据权利要求1所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：所述第一步中的所述偏转源转速可以调整为1-2。6.根据权利要求1所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：物理气相沉积设备反应室中的温度保持在250度至480度之间。7.根据权利要求1所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：所述第一步中的惰性气体为流量120-300sccm的氩气。8.根据权利要求1所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：第一步中氮气流量为100-800sccm。9.根据权利要求1所述的物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，其特征在于：所述第二步中的偏压为30-200v。

技术总结
本发明涉及氮碳化锆膜层领域，且公开了物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，包括以下步骤：第一步：对预加工基材表面进行氮化处理，将基体材料置于物理气相沉积设备反应室内的偏转源上，向真空反应室内通入氮气和惰性气体，反应时间20-1800秒；第二步：在基材表面形成沉积薄膜，关闭氮气，向反应室内通入反应气体，调整气压氛围，使反应气体与氮化处理后的基体材料进行反应，进行偏压电流处理；第三步：得到附着有氮碳化锆膜层的基材材料，该物理气相沉积技术制备氮碳化锆膜层的制备方法，氮碳化锆膜层因注入了碳原子，有着优异的抗粘黏特性，在刀具加工中可以大大降低摩擦系数，使排屑更顺畅，加工面更光滑，增加刀具使用寿命。用寿命。用寿命。


技术研发人员：张欣欣
受保护的技术使用者：张欣欣
技术研发日：2022.08.08
技术公布日：2022/12/9