氮化碳超硬薄膜镀覆靶材及其制备方法

摘要

本发明涉及一种氮化碳超硬薄膜镀覆靶材及其制备方法。氮化碳超硬薄膜镀覆靶材,由二种靶材组合,分别为钛合金靶或铬合金靶与石墨靶,其特征在于各加入稀土,稀土含量占总重量百分比为0.01－5。制备方法:1、添加方式:以直接掺杂和间接物理化学沉淀方式添加,2、添加形态:以稀土化合物和稀土中间合金粉方式加入;3、添加量:稀土重量百分比为0.01－5。本发明在多弧等离子体镀覆设备中使用,对工件进行镀覆,使工件表面镀覆超硬材料氮化碳薄膜。工件如:机械行业的齿轮、刀具和纺织器材上的钢领、钢圈、锭子及各种有耐磨性、硬度要求的耐磨件、刀具及模具,工件镀覆的超硬氮化碳结晶性好、稳定性好、可重复性强。

说明书

技术领域

本发明涉及一种镀覆靶材及其制备方法，具体地涉及一种氮化碳超硬薄膜镀覆靶材及其制备方法。

背景技术

氮化碳是九十年代开发的新型超硬材料，其硬度接近或超过金刚石，化学稳定性和热稳定性更加优异。当氮化碳被夹在两层氮化钛(铬)晶格之间时将会被迫晶体化，氮化碳超硬薄膜镀覆(多弧等离子体镀覆)时需要在工件表面先镀一层氮化钛(TiN)，再镀氮化碳(C₃N₄)，最后再镀氮化钛(TiN)，将氮化碳夹在中间，强迫其形成超硬的完整晶体的氮化碳(C₃N₄)。氮化碳超硬薄膜镀覆采用钛合金靶材或铬合金靶材(任选一个)、石墨靶材，二种靶材同时放在多弧等离子体镀覆设备中对工件进行镀覆，使工件表面镀覆超硬材料氮化碳薄膜。目前存在的技术关键问题在于：镀覆过程中形成的氮化碳膜层效果不太稳定，特别是在获取结晶薄膜方面，在提高含氮量和显微硬度稳定性方面，以及在消除镀膜层的石墨、类石墨组织如三角晶系的氮化碳(C₃N₄)方面都需要有较大改进，镀覆工艺的可重复性和可靠性有待于进一步提高，这样才有可能实现真正的产业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镀覆氮化碳薄膜结晶性能好、稳定性好、可重复性强的氮化碳超硬薄膜镀覆靶材及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：氮化碳超硬薄膜镀覆靶材，由二种靶材组合，分别为钛合金靶或铬合金靶与石墨靶，其特征在于各加入稀土，稀土含量占总重量百分比为0.01-5。

如上所述的稀土为镧(La)系或钇(Y)。

如上所述的钛合金靶中加入稀土称为稀土钛合金靶材，稀土钛合金靶材包括钛、锰或铬、稀土，各组份重量百分比为：

钛        85-95

锰或铬    4-10

稀土      0.01-5。

如上所述的铬合金靶中加入稀土称为稀土铬合金靶材，稀土铬合金靶材包括铬、铜或钛、稀土，各组份重量百分比为：

铬        85-95

铜或钛    4-10

稀土      0.01-5。

如上所述的石墨靶中加入稀土称为稀土石墨靶材，稀土石墨靶材包括石墨、稀土，各组份重量百分比为：

石墨      95-99.09

稀土      0.01-5。

氮化碳超硬薄膜镀覆靶材的制备方法：1、添加方式：以直接掺杂和间接物理化学沉淀方式添加；2、添加形态：以稀土化合物和稀土中间合金粉方式加入；3、添加量：稀土占总重量百分比为0.01-5。

本发明利用稀土元素的变性、微合金化、纯化、吸附和催化活化等特殊的物理化学性能，极大的提高了氮化碳镀覆工艺性能的稳定性和可重复性，镀覆氮化碳薄膜结晶性能好。变性、微合金化、纯化、吸附和催化活化使氮化钛(TiN)与工件底及氮化碳(C₃N₄)之间结合得更牢，镀层不易脱落；变性、微合金化、纯化、吸附和催化活化使氮化碳晶形和镀层更完整，更纯，消除了杂质，稳定性更好。加稀土后有效地消除了不完整晶体的氮化碳(C₃N₄)及三角晶系的氮化碳(C₃N₄)类石墨及软质石墨组织，超硬性及稳定性大幅度上升。采用本发明后，氮化碳镀覆膜层中的含氮量统计均值比未经稀土处理后的相应值提高10-20％，相应的薄膜显微硬度HV值统计均值提高5个单位，达到64-70Gpa，最高达76Gpa，工件的相关强度值提高10％，工件的使用寿命提高20％，镀覆可靠性达到95％以上。

具体实施方式

氮化碳超硬薄膜镀覆靶材，由二种靶材组合，分别为钛合金靶或铬合金靶与石墨靶，各加入稀土，稀土含量占总重量百分比为0.01-5。

如上所述的稀土为镧(La)系或钇(Y)。

如上所述的钛合金靶中加入稀土称为稀土钛合金靶材，稀土钛合金靶材包括钛、锰或铬、稀土，各组份重量百分比为：

钛              85-95

锰或铬          4-10

稀土            0.01-5。

如上所述的铬合金靶中加入稀土称为稀土铬合金靶材，稀土铬合金靶材包括铬、铜或钛、稀土，各组份重量百分比为：

铬             85-95

铜或钛         4-10

稀土           0.01-5。

如上所述的石墨靶中加入稀土称为稀土石墨靶材，稀土石墨靶材包括石墨、稀土，各组份重量百分比为：

石墨           95-99.09

稀土           0.01-5。

氮化碳超硬薄膜镀覆靶材的制备方法：1、添加方式：以直接掺杂和间接物理化学沉淀方式添加；2、添加形态：以稀土化合物和稀土中间合金粉方式加入；3、添加量：稀土占总重量百分比为0.01-5。

应用：镀覆工艺采用多弧等离子体镀覆设备(武汉大学已有)，将稀土钛合金靶材或稀土铬合金靶材(任选一个)与稀土石墨靶材同时放在多弧等离子体镀覆设备中进行对工件镀覆，使工件表面镀覆超硬材料氮化碳薄膜。工件如：机械行业的齿轮、刀具和纺织器材上的钢领、钢圈、锭子及各种有耐磨性、硬度要求的耐磨件、刀具及模具。