表面处理方法技术

一种通过物理气相沉积对易氧化工件进行强化的方法以及用该方法处理的工件，包括：（１）在真空下采用载能离子轰击工件表面以去除氧化膜；（２）在工件表面沉积一层厚度为０．０１－２微米的不易氧化的金属（Ａｕ、Ｐｔ等）或是能形成保护性氧化膜的金属（Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ等）；（３）将工件加热至所需温度；（４）再次用载能离子轰击工件表面以去除步骤（２）中沉积的金属和（或）氧化膜；（５）以常规物理气相沉积方法在工件表面沉积一层或多于一层硬质膜层或其他膜层。本发明专利技术提供的表面处理方法通过升温前在工件表面沉积的不易氧化或是能形成保护性氧化膜的金属，很好地限制了工件表面氧化膜的厚度，能避免易氧化工件在物理气相沉积处理过程中因表面生成氧化膜而导致膜层结合不牢的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种易氧化工件的表面处理方法及用该方法处理的工件，更具体而言，涉及一种通过物理气相沉积对易氧化工件进行强化的方法及用该方法处理的工件。
技术介绍
物理气相沉积(PVD)作为一种先进的材料表面改性技术被大量地应用于工具、模具、零部件等各个领域。其基本原理为通过在工件表面沉积一层或多于一层硬质膜层或其他膜层以提高工件使用寿命和加工质量。传统的PVD工艺中，为了提高膜层与工件的结合力，工件通常需要加热至较高温度(例如400度)。在目前中国的制造业中，为了节约成本很多工件(如工具、模具、零部件等)均采用了成本较为低廉的碳钢加工而成。与价格昂贵的高性能合金钢相比，碳钢更容易氧化。即使是在传统PVD处理工艺的真空环境下，这种氧化现象也不能避免，而较高的加热温度更使其氧化行为加剧。工件氧化会在其表面形成一层氧化膜，如果不能有效地去除这层氧化膜，PVD膜层就不易与工件形成良好的结合，从而极大地影响了膜层处理的效果。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种表面处理方法，其特征在于(1)将工件装入真空室，将真空室抽至背底真空，通过载能离子轰击工件表面以去除氧化膜；所述步骤(1)之前可以在工件表面上进行脱脂、脱水和去除氧化膜等工序；所述载能离子通过离子源、射频或者微波提供，(2)在工件表面沉积一层不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属；所述不易氧化的金属包括Au、Pt等；所述能形成保护性氧化膜的金属包括Al、Cr、Ni、Ti等；所述金属膜层的厚度为0.005-4微米，其中优选0.01-2微米，(3)将工件加热至所需温度，(4)再次用载能离子轰击工件表面以去除步骤(2)中沉积的金属和(或)氧化膜；所述载能离子通过离子源、射频或者微波提供， (5)以常规PVD方法在工件表面沉积一层或多于一层硬质膜层或其他膜层；所述硬质膜层或其他膜层的厚度为0.5-10微米，其中优选1-5微米。本专利技术提供的表面处理方法很好地利用了金属的氧化速度与金属种类和温度的关系控制了易氧化金属的氧化速度。在常温下金属的氧化速度非常缓慢，即使是易氧化金属，其表面形成的氧化膜经脱脂、脱水和去除氧化膜等工序处理后也仅为几个纳米到几十个纳米。工件进入真空室后在室温下经载能离子轰击，其表面的氧化膜很容易被去除。随后沉积的一层不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属能在工件加热过程中很大程度的限制了氧化膜的厚度。当工件加热至所需温度后，再次用载能离子轰击工件表面仍旧能较为容易地去除所沉积的金属和(或)其氧化膜，从而露出金属的新鲜表面。该专利技术能有效地解决易氧化工件在PVD处理过程中因表面生成氧化膜而导致膜层结合不牢的问题。具体实施例方式下面对本专利技术作进一步描述实施例1将材料为45号钢的工件用丙酮超声清洗5-30分钟进行除油，经漂洗后再用浓度为0.5-2.0％的硫酸浸泡工件以去除工件表面的氧化膜，再经自来水漂洗除酸后用乙醇超声清洗脱水。将工件烘干后装入真空室，将真空室抽气至背底真空。打开离子源，将Ar气通入真空室，通过载能离子轰击工件10-15分钟以去除工件表面的氧化膜。接下来，关闭离子源，调节Ar流量使背底真空达到工作压强。然后，开启Au的蒸发源，沉积Au膜至其厚度为0.02微米，形成不易氧化化的金属。接下来，关闭Au蒸发源，继续通入Ar气，将工件加热至400度。接下来，打开离子源，继续通入Ar气，通过载能离子轰击工件20-30分钟以去除工件表面的Au膜。最后，关闭离子源，开启TiAl的蒸发源，通入Ar气和N2气，沉积TiAlN膜。其中TiAlN膜层厚度为3微米。实施例2将材料为45号钢的工件用丙酮超声清洗5-30分钟进行除油，经漂洗后再用浓度为0.5-2.0％的硫酸浸泡工件以去除工件表面的氧化膜，再经自来水漂洗除酸后用乙醇超声清洗脱水。将工件烘干后装入真空室，将真空室抽气至背底真空。打开离子源，将Ar气通入真空室，通过载能离子轰击工件10-15分钟以去除工件表面的氧化膜。接下来，关闭离子源，调节Ar流量使背底真空达到工作压强。然后，开启Al的蒸发源，沉积Al膜至其厚度为0.5微米，此Al膜为能形成保护性氧化膜的金属。接下来，关闭Al蒸发源，继续通入Ar气，将工件加热至400度。接下来，打开离子源，继续通入Ar气，通过载能离子轰击工件20-30分钟以去除工件表面的Al膜及其氧化膜。最后，关闭离子源，开启TiAl的蒸发源，通入Ar气和N2气，沉积TiAlN膜。其中TiAlN膜层厚度为3微米。上述的不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属不限于Au和Al，还包括本领域技术人员已知的其他不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属，例如Pt、Cr、Ni、Ti等。本专利技术提供的表面处理方法于升温前在工件表面沉积一层不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属，很好地在工件加热过程中限制了氧化膜的厚度。能避免易氧化工件在PVD处理过程中因表面生成氧化膜而导致膜层结合不牢的问题。本专利技术提供的表面处理方法适用于除45号钢以外的多种易氧化材料。权利要求1.一种表面处理方法，包括以下步骤(1)将工件装入真空室，将真空室抽至背底真空，通过载能离子轰击工件表面以去除氧化膜；(2)在工件表面沉积一层不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属；(3)将工件加热至所需温度；(4)再次用载能离子轰击工件表面以去除步骤(2)中沉积的金属和(或)氧化膜；(5)以常规物理气相沉积方法在工件表面沉积一层或多于一层硬质膜层或其他膜层。2.根据权利要求1所述的表面处理方法，还包括在步骤(1)之前在工件表面上进行脱脂、脱水和去除氧化膜等工序。3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述载能离子通过离子源、射频或者微波提供。4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述不易氧化的金属包括Au、Pt等。5.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述能形成保护性氧化膜的金属包括Al、Cr、Ni、Ti等。6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，步骤(2)所述的金属膜层的厚度为0.01-2微米。7.一种工件，所述工件的处理方法包括如下步骤(1)将工件装入真空室，将真空室抽至背底真空，通过载能离子轰击工件表面以去除氧化膜；(2)在工件表面沉积一层不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属；(3)将工件加热至所需温度；(4)再次用载能离子轰击工件表面以去除步骤(2)中沉积的金属和(或)氧化膜；(5)以常规物理气相沉积方法在工件表面沉积一层或多于一层硬质膜层或其他膜层，所述工件包括沉积于其表面的一层或多于一层的硬质膜层或其他膜层。全文摘要一种通过物理气相沉积对易氧化工件进行强化的方法以及用该方法处理的工件，包括(1)在真空下采用载能离子轰击工件表面以去除氧化膜；(2)在工件表面沉积一层厚度为0.01－2微米的不易氧化的金属(Au、Pt等)或是能形成保护性氧化膜的金属(Al、Cr、Ni、Ti等)；(3)将工件加热至所需温度；(4)再次用载能离子轰击工件表面以去除步骤(2)中沉积的金属和(或)氧化膜；(5)以常规物理气相沉积方法在工件表面沉积一层或多于一层硬质膜层或其他膜层。本专利技术提供的表面处理方法通过升温前在工件表面沉积的不易氧化或是能形成保护性氧化膜的金属，很好地限制了工件表面氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面处理方法，包括以下步骤：（１）将工件装入真空室，将真空室抽至背底真空，通过载能离子轰击工件表面以去除氧化膜；（２）在工件表面沉积一层不易氧化的金属或是能形成保护性氧化膜的金属；（３）将工件加热至所需温度； （４）再次用载能离子轰击工件表面以去除步骤（２）中沉积的金属和（或）氧化膜；（５）以常规物理气相沉积方法在工件表面沉积一层或多于一层硬质膜层或其他膜层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐健，张云龙，程云立，
申请(专利权)人：北京东方新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]