硬质镀膜及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种以物理气相沉积形成的硬质镀膜，其主要包含一表层镀膜含有铬、碳，以及至少钒、铌、钽、钼或钨其中之一。该表层镀膜具有耐高温以及低摩擦性质的特性。该硬质镀膜较佳地另包含一底层镀膜含有铬以及至少钒、铌、钽、钼或钨其中之一，藉此有助于将该耐高温以及低摩擦性质的表层镀膜稳固地形成在一基材上。本发明专利技术另提供一种将该硬质镀膜形成于一基材表面的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种耐高温硬质镀膜(hard coating)及其制造方法。
技术介绍
耐久使用的工具一直是制造业界的需求，因此硬质镀膜的发展也应运而生。硬质镀膜的应用十分广泛，凡是工作机器所用的刀具、切削工具(包含车、绞、锯、铣、刨、磨、钻、螺攻以及冲压等)、模具(用于冲、压或挤等)、汽车工业中引擎、曲轴、变速箱、喷油嘴等零组件、航天工业中各种推动器的涡轮叶片、纺织机械等各种零组件的表面都需要覆盖有硬质镀层，用以得到耐磨、抗腐蚀、耐高温、具润滑性之表面。目前已知的硬质镀膜所都具备耐磨的特性，然而其耐高温的性质以及具有润滑性(低摩擦性)的性质却难以两全。举例而言，氮化铬是一种应用广泛的硬质镀膜，其耐热温度高达800℃且其与水的接触角约为70°，因此由氮化铬镀膜形成的表面具有耐高温以及抗沾黏的特性，然而其缺点是氮化铬镀膜表面的摩擦系数高达0.6，因此不适用于需低摩擦性质(高润滑性质)的工具表面。碳化铬是另一种应用广泛的硬质镀膜，其表面的摩擦系数仅有0.1-0.2，但是其与水的接触角只有约60°且耐热温度只有300℃，因此由碳化铬镀膜形成的表面虽具有低摩擦性质(高润滑性质)但却难以抗沾黏也不适用于400℃以上之高温下。然而，在高速操作的机械中，高耐热温度、抗沾黏之性质以及低摩擦性质经常是缺一不可的，因此目前亟需一种硬质镀膜在具有耐磨、抗腐蚀的特性之外还同时具有上述三种性质(高耐热温度、抗沾黏的性质以及低摩擦性质)。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种耐高温以及低摩擦性质的硬质镀膜，以此克服或至少改善前述先前技术的问题。为达上述目的，本专利技术提供一种以物理气相沉积形成的硬质镀膜，其主要包含一含有铬、碳以及至少钒、铌、钽、钼或钨其中之一的表层镀膜。该硬质镀膜较佳地另包含一层含有铬以及至少钒、铌、钽、钼或钨其中之一所组成的底层镀膜，该底层镀膜有助于将表层镀膜稳固地设于一基材上。本专利技术另提供一种以物理气相沉积形成的硬质镀膜，其主要包含一含有钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)、氮、碳以及至少铬、钒、铌、钽、钼或钨其中之一的表层镀膜。该硬质镀膜较佳地另包含一层钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)的底层镀膜，以及含有氮、钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)、以及至少铬、钒、铌、钽、钼或钨其中之一所组成的中间层镀膜，该底层镀膜以及该中间层镀膜有助于将表层镀膜稳固地设于一基材上。本专利技术另提供一种将硬质镀膜形成于一基材表面的方法。首先，将基材置于一物理气相沉积系统，然后于物理气相沉积系统中通入钝气，再以铬金属以及至少钒、铌、钽、钼或钨其中之一的纯金属为靶源，将其同时蒸镀于该基材表面以形成该底层镀膜。下一步，可通入碳氢化合物气体于该物理气相沉积系统中，再以铬金属以及至少钒、铌、钽、钼或钨其中之一的纯金属为靶源(较佳相同于形成底层镀膜的靶源)，将前述之至少两种金属同时蒸镀于该底层镀膜以形成该表层镀膜。本专利技术再提供一种将硬质镀膜形成于一基材表面的方法。首先，将基材置于一物理气相沉积系统，然后于物理气相沉积系统中通入氩气，再以钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)金属为靶源，将其蒸镀于该基材表面以形成该底层镀膜。接着，于物理气相沉积系统中通入氩气以及氮气，以钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)金属以及至少铬、钒、铌、钽、钼或钨其中之一的纯金属为靶源，将其同时蒸镀于该基材表面以形成该中间层镀膜。下一步，通入碳氢化合物气体、氮气以及氩气于该物理气相沉积系统中，再以钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)金属以及至少铬、钒、铌、钽、钼或钨其中之一的纯金属为靶源(较佳相同于形成底层镀膜之靶源)，将前述之至少两种金属同时蒸镀于该底层镀膜以形成该表层镀膜。本专利技术的优点根据本专利技术的硬质镀膜，其摩擦系数在0.1以下，水接触角约80度，耐热温度在600至800℃，因此具有良好的抗沾黏性且耐高温并具有低摩擦性。此外，其制程与使用的器材与制造碳化铬镀膜完全相同，因此在设备以及生产流程上不需额外成本。附图说明本专利技术的其它目的、优点、和新颖的特征，从下文与图标关联的详细说明中将更为明确图1根据本专利技术一实施例的具有硬质镀膜的物件剖视图；图2根据本专利技术一实施例的物理真空蒸度系统的示意简图；图3根据本专利技术另一实施例的物理真空蒸度系统之示意简图；图4根据本专利技术另一实施例的具有硬质镀膜的物件剖视图；以及图5根据本专利技术一实施例的物理真空蒸度系统的示意简图。其中110 基材 120 底层镀膜130 表层镀膜202 阳极电极 204 阴极电极208 靶源 210 电浆区212 暗区300 物理真空蒸度系统310 靶 320 氩气源330 反应气体源410 基材 420 底层镀膜430 中间层镀膜 440 表层镀膜500 物理真空蒸度系统510 靶 520 氩气源530 反应气体源 540 反应气体源 具体实施例方式本专利技术揭示一种硬质镀膜，其主要包含一表层镀膜，该表层镀膜包含铬、碳以及与铬具有相同体心立方结构的周期表中5B族或是6B族(例如钒、铌、钽、钼或钨)元素。更具体地说，前述的表层镀膜为一种掺杂有碳的的复合金属镀膜(由铬以及钒、铌、钽、钼或钨中至少一元素所组成)。在本说明书中所界定的复合金属镀膜是指由两种以上金属所共同形成的镀膜。图1所示为根据本专利技术一实施例的具有硬质镀膜的对象，其包含一基材110覆盖有一底层镀膜120以及前述的表层镀膜130，而该底层镀膜120则包含铬以及周期表中5B族或是6B族的元素，且较佳为铬以及与表层镀膜相同的周期表中5B族或是6B族的元素的复合金属薄膜，以此使表层镀膜130与基材110(例如钢、铝、钛、超薄合金或是陶瓷)有良好且稳定的结合。本专利技术另揭示一种硬质镀膜，其主要包含一表层镀膜，该表层镀膜包含钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)、氮、碳以及具有相同体心立方结构之周期表中5B族或是6B族(例如铬、钒、铌、钽、钼或钨)元素。更具体地说，前述的表层镀膜为一种掺杂有碳以及氮的复合金属镀膜(由钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)以及铬、钒、铌、钽、钼或钨中至少一元素所组成)。图4所示为根据本专利技术一实施例的具有硬质镀膜的对象，其包含一基材410覆盖有一底层镀膜420、中间层镀膜430以及前述的表层镀膜430，而该底层镀膜420系为含钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)的金属镀膜。该中间层镀膜430包含钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)以及周期表中5B族或是6B族的元素，且较佳为钛或是其它4B族的元素(例如锆或铪)以及与表层镀膜相同之周期表中5B族或是6B族的元素的复合金属薄膜，藉此使表层镀膜440与中间层镀膜430有良好且稳定的结合。本专利技术的硬质镀膜的特征之一为其由物理气相沉积(physical vapor deposition)形成。物理气相沉积，顾名思义是以物理机制来进行薄膜沉积而不涉及化学反应的制程技术，所谓物理机制是物质的相变化现象，例如使蒸镀源由气态转化为具有部份离子化气体的电浆态。借着在两个相对应的电极板(electrodes)上施以电压，假如电极板间的气体分子浓度在某一特定的区间，电极板表面因离子轰击(ion bombardment)所产生的二次电子(second本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质镀膜，其包含：一表层镀膜，该表层镀膜具有：一第一组成是选自由钛、锆以及铪所组成的群组；一第二组成是选自由氮及碳所组成的群组；及一第三组成是选自由铬、钒、铌、钽、钼以及钨所组成的群组。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱继文，杨玉森，邱松茂，罗万中，
申请(专利权)人：财团法人金属工业研究发展中心，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]