一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法技术

本发明专利技术提供了一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法，该方法中所述离子镀技术选用多弧离子镀设备，在使用所述多弧离子镀设备制备TiAlN涂层时通过调整多弧离子镀设备的靶电流、工件负偏压、占空比、真空度、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流中的一个或多个参数来使TiAlN涂层的红色度发生改变从而实现TiAlN涂层颜色在深紫红色和淡紫红色之间进行渐变。该方法可以在TiAl靶材成分不变的条件下，控制TiAlN涂层进行颜色渐变，同时涂层硬度、耐高温、耐腐蚀性能好，且涂层加工摩擦阻力小，所述TiAlN涂层可以使用在装饰镀和某些工具镀对涂层的性能、颜色的多样性和均匀性要求较高的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法
本专利技术属于真空镀膜领域，具体是涉及一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法。
技术介绍
电弧离子镀沉积技术属于物理气相沉积PVD技术的一种，是一种基于等离子体技术的薄膜制备技术，制备的涂层具有高硬度、耐高温、抗氧化、防腐蚀等特点，制备过程环保无污染。它是以被镀材料为阴极靶，在一定的真空度下产生弧光放电，使阴极靶表面产生等离子体，利用等离子体进行沉积镀膜的技术。与其它PVD技术相比，可以制备高质量、高性能的涂层。此外，该涂层制备技术还有其它优点：①对金属、合金及化合物有高的沉积速率和良好的膜均匀性；②可以在低的基体温度下沉积，防止基体变形或者热损伤；③保持合金成分不变；④易于对具有复杂表面的工件沉积；⑤生产效率高，涂层的成分易于控制；⑥离子化率高，涂层与基体的结合力好。在装饰镀和某些工具镀应用场合，对涂层的性能、颜色的多样性和均匀性要求较高。现有的TiAlN三元复合涂层通过控制TiAl靶材中的Ti元素和Al元素的质量百分比制备不同Al含量的涂层，使用不同组分的TiAl靶材所得到的涂层的性能和颜色均有差异。在涂层硬度上，随着TiAlN涂层中Al元素成分的增加，涂层的硬度先增加后减小，研究发现：当TiAl靶材中Al原子百分比≤60%时TiAlN涂层具有B1型NaCl结构，由于Al的固溶强化作用使得Al含量越高，涂层硬度越大；当Al原子百分比≥70%时，过高的Al含量使涂层中形成富含AlN的钎锌矿结构，涂层硬度会急剧下降。在涂层颜色上，当TiAl靶材中Al原子百分比≥60%时，TiAlN涂层颜色趋于黑色；当Al原子百分比超过67%时，TiAlN涂层为纯黑色；当TiAl靶材中Al原子百分比等于50%时，TiAlN涂层颜色为紫红色。但如何在TiAl靶材成分不变，保证涂层硬度、耐高温、耐腐蚀性能的前提条件下，获得颜色具有多样性（比如渐变）的TiAlN涂层是需要解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法。该方法可以在TiAl靶材成分不变的条件下，控制TiAlN涂层进行颜色渐变，同时涂层硬度、耐高温、耐腐蚀性能好，且涂层加工摩擦阻力小，所述TiAlN涂层可以使用在装饰镀和某些工具镀对涂层的性能、颜色的多样性和均匀性要求较高的应用场合。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法，所述离子镀技术选用多弧离子镀设备，在使用所述多弧离子镀设备制备TiAlN涂层时通过调整多弧离子镀设备的靶电流、工件负偏压、占空比、真空度、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流中的一个或多个参数来使TiAlN涂层的红色度发生改变从而实现TiAlN涂层颜色在深紫红色和淡紫红色之间进行渐变。进一步的技术方案：所述离子镀技术所选靶材为质量分数为50%Ti和50%Al的复合靶TiAl。进一步的技术方案：所述深紫红色对应的R.G.B值为140.0.0，所述淡紫红色对应的R.G.B值为90.0.0。进一步的技术方案：所述靶电流参数变化区间为50-150A，当靶电流参数越小TiAlN涂层红色度越深，当靶电流参数越大TiAlN涂层红色度越浅。进一步的技术方案：所述工件负偏压变化区间为45-200A，当工件负偏压越小TiAlN涂层红色度越深，当工件负偏压越大TiAlN涂层红色度越浅。进一步的技术方案：所述占空比变化区间为50-95%，当占空比越小TiAlN涂层红色度越深，当占空比越大TiAlN涂层红色度越浅。进一步的技术方案：所述真空度变化区间为0.5-5Pa，当真空度越高TiAlN涂层红色度越深，当真空度越低TiAlN涂层红色度越浅。进一步的技术方案：所述靶材厚度变化区间为10-40mm，当靶材厚度越薄TiAlN涂层红色度越深，当靶材厚度越厚TiAlN涂层红色度越浅。进一步的技术方案：所述靶面中心磁场变化区间为10-500GS，当靶面中心磁场越大TiAlN涂层红色度越深，当靶面中心磁场越小TiAlN涂层红色度越浅；所述电磁线圈电流变化区间为0.2-3A，当电磁线圈电流越大TiAlN涂层红色度越深，当电磁线圈电流越小TiAlN涂层红色度越浅。进一步的技术方案：当所述靶电流、工件负偏压、占空比、真空度、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流中的一个参数发生变化而导致TiAlN涂层颜色发生变化时，则通过调整所述靶电流、工件负偏压、占空比、真空度、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流中其他任一或几个参数来保持TiAlN涂层颜色与原来保持一致。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术TiAlN涂层的颜色在靶材成分不变的前提下，随着工艺参数的调整可产生渐变；另外，TiAlN涂层具有较高的硬度、耐高温、耐腐蚀性能，且涂层加工时摩擦阻力小。（2）本专利技术通过控制TiAlN涂层制备过程中的靶电流、工件负偏压、占空比、真空度（气压）、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流的参数在特定的区间范围内进行大小调整，即可实现涂层颜色发生渐变，趋势为深紫红色向淡紫红色或淡紫红色向深紫红色的渐变，其中深紫红色和淡紫红色对应的R.G.B值分别为140.0.0、90.0.0。（3）本专利技术TiAlN涂层制备过程中，靶电流、工件负偏压、占空比、真空度（气压）、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流中一个参数发生变化时，为了与上一炉次的TiAlN涂层颜色保持一致，可以调整其他一个或几个参数来实现。如：随着镀膜的进行，靶材消耗后会逐渐变薄，TiAlN涂层的颜色逐渐趋向深紫红色，为了达到颜色的一致性，就可以通过提高靶电流、提高负偏压和占空比、降低气压、降低靶面中心磁场或电磁线圈电流等方式来实现。附图说明图1是本专利技术多弧离子镀设备主要部件示意图。图2是本专利技术靶材TiAl背部磁场示意图。附图中标记的含义如下：001―真空室、002―真空室门、003―TiAl靶、004―电磁线圈、005―充气导管、006―充气电磁阀门、007―真空调节阀、008―靶材背部永磁铁、009-抽气泵组、010-抽气管道。具体实施方式下面通过实例对本专利技术做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本专利技术，并不限制本专利技术的范围，实施例中如无特别说明之处，均为本领域现有技术。本专利技术制备TiAlN涂层的多弧离子镀设备为现有设备，具体包括抽气泵组、真空室、靶座、电源、充气装置等。实施例1淡紫红色的TiAlN涂层的制备（R.G.B:90.0.0）：S1、抽气与加热：将工件装于图1所示的真空室001后，用无尘布擦拭真空室门002上的密封橡胶圈，关闭真空室门002，完全开启真空调节阀007，开启抽气泵组009，通过抽气管道010将真空室001的气压抽至5×10-3Pa以下。加热温度设定在300-450℃，向真空室充入Ar保护性气体，气压为0-1Pa，加热时间为1-2h。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法，其特征在于：所述离子镀技术选用多弧离子镀设备，在使用所述多弧离子镀设备制备TiAlN涂层时通过调整多弧离子镀设备的靶电流、工件负偏压、占空比、真空度、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流中的一个或多个参数来使TiAlN涂层的红色度发生改变从而实现TiAlN涂层颜色在深紫红色和淡紫红色之间进行渐变。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子镀技术制备TiAlN涂层的颜色渐变控制方法，其特征在于：所述离子镀技术选用多弧离子镀设备，在使用所述多弧离子镀设备制备TiAlN涂层时通过调整多弧离子镀设备的靶电流、工件负偏压、占空比、真空度、靶材厚度、靶面中心磁场或电磁线圈电流中的一个或多个参数来使TiAlN涂层的红色度发生改变从而实现TiAlN涂层颜色在深紫红色和淡紫红色之间进行渐变。


2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述离子镀技术所选靶材为质量分数为50%Ti和50%Al的复合靶TiAl。


3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述深紫红色对应的R.G.B值为140.0.0，所述淡紫红色对应的R.G.B值为90.0.0。


4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述靶电流参数变化区间为50-150A，当靶电流参数越小TiAlN涂层红色度越深，当靶电流参数越大TiAlN涂层红色度越浅。


5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述工件负偏压变化区间为45-200V，当工件负偏压越小TiAlN涂层红色度越深，当工件负偏压越大TiAlN涂层红色度越浅。


6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述占空比变化区间为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张心凤，李灿民，夏正卫，
申请(专利权)人：安徽纯源镀膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34