本發明專利技術公開了一種一次濺射獲得多種具有不同W/Ti比例的W-Ti-N薄膜的方法，該方法選用40Cr不銹鋼作為基材、選用純度均為99.99％以上的W和Ti作為濺射靶材，通過改變基材相對于靶材的位置(濺射臺與雙靶均成45°)，在一次濺射過程中即獲得具有多種不同W/Ti比例的W-Ti-N薄膜。本發明專利技術方法原料易得、成本低廉、工藝簡單、參數易控，制備得到的W-Ti-N薄膜具有多種微觀結構，在耐磨性、耐腐蝕性、高溫抗氧化性等多方面的綜合性能十分優異，可廣泛應用于切削工具、電路領域及摩擦領域中，適合大規模的工業生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及W-T1-N薄膜的制備方法，特別是一種一次濺射獲得多種具有不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜的方法。
技術介紹
W-T1-N薄膜因具有較高的硬度和良好的高溫抗氧化腐蝕性能而被廣泛用作各種切削工具的保護涂層及電路板的擴散障壁層，顯著提高了基體材料的表面性能，從而明顯延長了切削工具和電路電板的使用壽命，降低了工業生產的成本。研究表明，W-T1-N薄膜中W/Ti的比例對薄膜的微觀結構、形貌、高溫抗氧化性能及各種機械性能均有重要影響，具有不同W/Ti比例的薄膜其性能亦有不同，例如W/Ti比例較高的薄膜的耐腐蝕性能比較突出，而W/Ti比例較低的薄膜的力學性能比較突出，如果能夠通過一種方法獲得多種具有不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜，必將會使W-T1-N薄膜的綜合性能顯著提高。為了獲得具有不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜，目前通常采用復合靶或者鑲嵌靶材，但是用這些方法制備得到的W-T1-N薄膜的化學成分與靶材相近并且W/Ti比例的變化十分有限，對于提高W-T1-N薄膜綜合性能的效果并不明顯。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種一次濺射獲得多種具有不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜的方法，該方法可以在一次濺射 過程中，通過改變靶材的位置，大量合成具有多種不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜。上述目的是通過如下技術方案實現的:一種一次濺射獲得多種具有不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜的方法，包括如下步驟:(I)濺射設備采用PSII型雙放電控微波ECR等離子體全方位注入裝置，濺射靶材選用純金屬W靶(純度彡99.99% )和純金屬Ti靶(純度彡99.99% )，二者相互呈90°并且均與濺射臺之間呈45°放置，雙靶中心連線距試樣臺83mm，基材選用40Cr不銹鋼(尺寸為IOmmX IOmmX 3mm),并將其按照由左及右的順序依次擺放；(2)對不銹鋼試樣進行反濺射清洗，功率100W，清洗IOmin ；(3)將不銹鋼試樣送入主濺射室中，靶與樣品均采用循環水水冷；(4)向主濺射室中加入反應氣體N2(純度彡99.99 % )和濺射氣體Ar(純度彡99.99% )，二者的比例為1: 2 1: 5(優選1: 3)，初始真空度彡5X 10_4Pa，雙靶共濺射，功率均為100W 300W(優選200W)，濺射Ih 3h ;(5)濺射完畢，將不銹鋼試樣冷卻至室溫，再將其放置在瓷舟中送入高溫箱式爐內，按照10°c /min的升溫速率將爐內溫度升高至800°C保持lh，后隨爐冷卻至室溫即獲得具有多種不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜。利用UMT-3型摩擦學試驗機上評價不同成分的薄膜的摩擦系數和磨損率，摩擦實驗在25°C、相對濕度RH = 30 %、無潤滑環境下進行，采用球-盤往復接觸方式，對摩偶件選用Φ4mm的不銹鋼球，滑行速度0.lm/s，載荷5N，摩擦時間30min。可以看出，制備出的不同成分的T1-Al-N薄膜的摩擦磨損性能也不同。本專利技術方法原料易得、成本低廉、工藝簡單、參數易控；僅通過一次濺射，即大量合成了具有多種不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜，并且W-T1-N薄膜的成分可以控制，制備得到的W-T1-N薄膜具有多種微觀結構，在耐磨性、耐腐蝕性、高溫抗氧化性等多方面的綜合性能十分優異，可廣泛應用于切削工具、電路領域及摩擦領域中，適合大規模的工業生產。附圖說明圖1為實施例1的W-T1-N薄膜的XRD譜圖。圖2為實施例1的W-T1-N薄膜的微觀形貌圖片。圖3為實施例1的W-T1-N薄膜的摩擦系數變化曲線。圖4為實施例1的W-T1-N薄膜的磨損率變化曲線。 圖5為實施例1的W-T1-N薄膜的磨痕形貌圖。具體實施例方式以下通過具體實施方式進一步描述本專利技術，由技術常識可知，本專利技術也可通過其它的不脫離本專利技術技術特征的方案來描述，因此所有在本專利技術范圍內或等同本專利技術范圍內的改變均被本專利技術包含。實施例1:(I)濺射設備采用PSII型雙放電控微波ECR等離子體全方位注入裝置，濺射靶材選用純金屬W靶(純度彡99.99% )和純金屬Ti靶(純度彡99.99% )，二者相互呈90°并且均與濺射臺之間呈45°放置，雙靶中心連線距試樣臺83mm，基材選用40Cr不銹鋼(尺寸為IOmmX IOmmX 3mm),并將其按照由左及右的順序依次擺放；(2)對不銹鋼試樣進行反濺射清洗，功率100W，清洗IOmin ；(3)將不銹鋼試樣送入主濺射室中，靶與樣品均采用循環水水冷；(4)向主濺射室中加入反應氣體N2(純度彡99.99 % )和濺射氣體Ar(純度彡99.99% )，二者的比例為1: 3，初始真空度彡5X10_4Pa，雙靶共濺射，功率均為200W，濺射2h ；(5)濺射完畢，將不銹鋼試樣冷卻至室溫，再將其放置在瓷舟中送入高溫箱式爐內，按照10°c /min的升溫速率將爐內溫度升高至800°C保持lh，后隨爐冷卻至室溫即獲得具有多種不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜。對按照本實施例方法制備得到的W-T1-N薄膜的各項性能參數進行測定，結果如圖1 圖5所示。圖1表明了制備的不同成分的薄膜物相有所不同，并出現了 TiN、TiNa60a4、WN, W2N、TiO2等多種物相。由圖2可以看出制備的薄膜以粒狀結構為主，晶粒較為均勻致密。圖3顯示了不同成分的薄膜摩擦系數也不同，且在中間位置薄膜的摩擦系數達最小值0.12。圖4顯示在中間位置制備的薄膜在整個體系中具有最突出的耐磨減摩性能。圖5顯示薄膜磨損為典型的磨粒磨損，磨痕中可以清楚地觀察到大量很深的犁溝和擦傷現象。實施例2:(I)濺射設備采用PSII型雙放電控微波ECR等離子體全方位注入裝置，濺射靶材選用純金屬W靶(純度彡99.99% )和純金屬Ti靶(純度彡99.99% )，二者相互呈90°并且均與濺射臺之間呈45°放置，雙靶中心連線距試樣臺83mm，基材選用40Cr不銹鋼(尺寸為IOmmX IOmmX 3mm),并將其按照由左及右的順序依次擺放；(2)對不銹鋼試樣進行反濺射清洗，功率100W，清洗IOmin ；(3)將不銹鋼試樣送入主濺射室中，靶與樣品均采用循環水水冷；(4)向主濺射室中加入反應氣體N2(純度彡99.99 % )和濺射氣體Ar(純度彡99.99% )，二者的比例為1: 3，初始真空度彡5X10_4Pa，雙靶共濺射，功率均為100W，濺射3h ；(5)濺射完畢，將不銹鋼試樣冷卻至室溫，再將其放置在瓷舟中送入高溫箱式爐內，按照10°c /min的升溫速率將爐內溫度升高至800°C保持lh，后隨爐冷卻至室溫即獲得具有多種不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜。實施例3:`(I)濺射設備采用P SII型雙放電控微波ECR等離子體全方位注入裝置，濺射靶材選用純金屬W靶(純度彡99.99% )和純金屬Ti靶(純度彡99.99% )，二者相互呈90°并且均與濺射臺之間呈45°放置，雙靶中心連線距試樣臺83mm，基材選用40Cr不銹鋼(尺寸為IOmmX IOmmX 3mm),并將其按照由左及右的順序依次擺放；(2)對不銹鋼試樣進行反濺射清洗，功率100W，清洗IOmin ；(3)將不銹鋼試樣送入主濺射室中，靶與樣品均采用循環水水冷；(4)向主濺射室中加入反應氣體N2(純度彡99.99 % )和濺射氣體本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種一次濺射獲得多種具有不同W/Ti比例的W?Ti?N薄膜的方法，其特征在于包括如下步驟：(1)濺射設備采用PSII型雙放電控微波ECR等離子體全方位注入裝置，濺射靶材選用純金屬W靶(純度≥99.99％)和純金屬Ti靶(純度≥99.99％)，二者相互呈90°并且均與濺射臺之間呈45°放置，雙靶中心連線距試樣臺83mm，基材選用40Cr不銹鋼(尺寸為10mm×10mm×3mm)，并將其按照由左及右的順序依次擺放；(2)對不銹鋼試樣進行反濺射清洗，功率100W，清洗10min；(3)將不銹鋼試樣送入主濺射室中，靶與樣品均采用循環水水冷；(4)向主濺射室中加入反應氣體N2(純度≥99.99％)和濺射氣體Ar(純度≥99.99％)，二者的比例為1∶2～1∶5，初始真空度≥5×10?4Pa，雙靶共濺射，功率均為100W～300W，濺射1h～3h；(5)濺射完畢，將不銹鋼試樣冷卻至室溫，再將其放置在瓷舟中送入高溫箱式爐內，按照10℃/min的升溫速率將爐內溫度升高至800℃保持1h，后隨爐冷卻至室溫即獲得具有多種不同W/Ti比例的W?Ti?N薄膜。
【技術特征摘要】
1.一種一次濺射獲得多種具有不同W/Ti比例的W-T1-N薄膜的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)濺射設備采用PSII型雙放電控微波ECR等離子體全方位注入裝置，濺射靶材選用純金屬W靶(純度彡99.99%)和純金屬Ti靶(純度彡99.99% )，二者相互呈90°并且均與濺射臺之間呈45°放置，雙靶中心連線距試樣臺83mm，基材選用40Cr不銹鋼(尺寸為IOmmX IOmmX 3mm),并將其按照由左及右的順序依次擺放； (2)對不銹鋼試樣進行反濺射清洗，功率100W，清洗IOmin； (3)將不銹鋼試樣送入主濺射室中，靶與樣品均采用循環水水冷； (4)向主濺射室中加入反...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李長生，李學超，唐華，莫超超，張燁，
申請(專利權)人：無錫潤鵬復合新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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