一种多元合金膜层的沉积装置及运用该装置的沉积工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多元合金膜层的沉积装置及运用该装置的沉积工艺，涉及等离子镀膜领域。该沉积装置包括等离子发生器以及真空腔室，其中，等离子体发生器包括一主管道和多个分支管道，通过该沉积装置能实现采用单元或二元合金作为靶材进行高熵合金膜层的制备，并还能通过对磁场的电流大小的控制对合金元素成分比例进行调控。采用基于沉积装置的多元合金膜层的沉积工艺，能采用单元或二元合金作为靶材进行高熵合金膜层的制备，并还能通过对磁场的电流大小的控制对合金元素成分比例进行调控，调整方便。

【技术实现步骤摘要】
一种多元合金膜层的沉积装置及运用该装置的沉积工艺
本专利技术涉及等离子镀膜领域，具体涉及一种多元合金膜层的沉积装置及运用该装置的沉积工艺。
技术介绍
高熵合金涂层(High-entropyalloyscoating)，简称HEAC，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金涂层。由于高熵合金可能具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。以往的合金涂层中主要的金属成分可能只有一至两种，例如会以铁为基础，再加入一些微量的元素来提升其涂层特性，因此所得的就是以铁为主的合金涂层。过往的概念中，若合金涂层中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金涂层和以往的合金涂层不同，有多种金属却不会脆化，是一种新的涂层材料。现有技术中，申请号为201310129638.0的中国专利申请公开了一种工模具的高熵合金涂层制备工艺，该工艺首先将Ni、Co、Fe、Cr、Ti以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层；最后，将所述高熵合金氮化物薄膜涂层放入一个空气气氛炉中，在所述空气气氛炉中在500至1000摄氏度的范围内对其氧化1小时后，再通入氮气在500至1000摄氏度的范围内对其进行1小时的热处理。但高熵合金的靶很难制备，特别是多元合金的靶材，因熔点等不同其制备难度较大，成本较高，制备的膜层多元成分很难进行方便调节；本专利技术提出一种制备高熵合金膜层的设备及制备工艺，可以用单元或者二元合金作为靶材进行高熵合金膜层的制备；同时合金元素成分比可进行调控。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多元合金膜层的沉积装置，其包括等离子发生器以及真空腔室，其中，等离子体发生器包括一主管道和多个分支管道，通过该沉积装置能实现采用单元或二元合金作为靶材进行高熵合金膜层的制备，并还能通过对磁场的电流大小的控制对合金元素成分比例进行调控。为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种多元合金膜层的沉积装置，包括等离子体发生器以及真空腔室，所述真空腔室内设置沉积工作台，所述等离子体发生器包括一主管道、多个分支管道，多个所述分支管道的前端各连接有一分支阳极筒，后端均与所述主管道连通，所述分支管道外靠分支阳极筒的一端设置有分支引出线圈；所述分支管道的中心线与所述主管道的中心线成45°～95°的夹角，所述主管道的前端连接有一主阳极筒，后端连接一聚焦管道，在所述主管道外的靠所述主阳极筒的一端设置有主引出线圈，在所述主管道外的靠所述聚焦管道的一端设置有聚焦线圈；所述聚焦管道的中心线与所述主管道的中心线成90°～150°的夹角，所述聚焦管道远离所述主管道的一端与所述真空腔室连通且正对于所述沉积工作台；所述主管道、所述聚焦管道内均设置有电压电极；在所述聚焦管道外设置有混合线圈；所述主阳极筒、所述分支阳极筒内均设置有引弧组件以及靶材，所述引弧组件产生弧光放电，用于靶材起弧；所述靶材为一元、二元或三元元素金属靶；所述分支阳极筒内的起弧电流为所述主阳极筒内的起弧电流1.5～2倍；所述分支引出线圈、主引出线圈、聚焦线圈以及混合线圈的电流大小可调。通过这样设置，金属等离子体在主阳极筒和多个分支阳极筒中通过弧光放电形成，形成等离子体后通过主引出线圈、分支引出线圈产生的引出磁场引出至主管道和分支管道中；在电压电极产生的电场和聚焦线圈产生的聚焦磁场的共同作用下，多路等离子体进行有效混合，同时等离子体内电子在电场和磁场的作用下对未电离的金属原子进行电离，提高离化效率和传输效率；高度混合和电离的等离子体在混合线圈产生的混合磁场作用下引入至聚焦管道；聚焦管道与主管道中心线交角90°～150°度；等离子体经过聚焦管道后，弧光放电形成的大颗粒和中性原子同时在聚焦管道内的电压电极产生的电场和混合磁场的混合作用下进行二次混合以及二次原子电离，形成的等离子体引出至真空腔室内的工件台，进行高熵合金的镀膜；而采用此沉积设备，可采用单元或多元的金属材料作为靶材，降低靶材的制造难度，便于实现高熵多元合金膜层的制备，且还能通过控制分支引出线圈、主引出线圈、聚焦线圈以及混合线圈的电流大小，进而控制各线圈产生的磁场大小，从而调整最终沉积的多元接近膜层的元素所占比例，调整方便。作为优选，所述靶材为Fe、Ni、Mo、Ti、Al、Cr、Si、W、Co中任意1种或任意2～3种元素组合的金属靶。通过这样设置，靶材可选择Fe、Ni、Mo、Ti、Al、Cr、Si、W、Co中任意1种或任意2～3种元素这组合的金属靶，更具需要增减或调换元素，灵活方便。作为优选，所述分支管道设置两个。作为优选，分支管道的分支阳极筒的中心与主管道中心位置相距10～100mm；分支管道长为300～500mm，直径为150～200mm；主管道长为400～800mm，直径为180～250mm；聚焦管道的长度为100～300mm。基于同一专利技术构思，本申请的第二目的在于提供一种多元合金膜层的沉积工艺，运用权利要求上述的沉积装置，包括以下步骤：S1：选用Fe、Ni、Mo、Ti、Al、Cr、Si、W、Co中任意1种或任意2～3种元素组合的金属靶作为靶材，将靶材放置对应的主阳极筒或分支阳极筒中，在沉积工作台上待沉积金属膜的工件；S2：向分支引出线圈、主引出线圈、聚焦线圈以及电压电极通电；S3：使主阳极筒、分支阳极筒的引弧组件工作，使靶材起弧放电，产生等离子体。通过这样设置，由于采用上述的沉积装置，因此具有以上相同的技术效果，即能采用单元或多元的金属材料作为靶材，降低靶材的制造难度，便于实现高熵多元合金膜层的制备，且能调整最终沉积的多元接近膜层的元素所占比例，调整方便。作为优选，所述分支管道设置两个，其中一所述分支管道内：起弧电流为75～150A，靶材为TiAl，分支引出线圈的电流为1-20A；另一所述分支管道内：起弧电流为75～150A，靶材为WCo，分支引出线圈的电流为1-20A；主管道内：起弧电流可为50～150A，靶材为CrAlSi，主引出线圈的电流为1～20A，聚焦线圈电流为1～10KA，频率为10～50Hz。相对于现有技术，本专利技术取得了有益的技术效果：1、提供一种多元合金膜层的沉积装置，能实现采用单元或二元合金作为靶材进行高熵合金膜层的制备，并还能通过对磁场的电流大小的控制对合金元素成分比例进行调控。2、提供一种基于沉积装置的多元合金膜层的沉积工艺，能采用单元或二元合金作为靶材进行高熵合金膜层的制备，并还能通过对磁场的电流大小的控制对合金元素成分比例进行调控，调整方便。附图说明图1是本专利技术实施例1中多元合金膜层的沉积装置的结构示意简图；图2是本专利技术实施例2中实验实施例1制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元合金膜层的沉积装置，包括等离子体发生器以及真空腔室，所述真空腔室内设置沉积工作台，其特征在于，所述等离子体发生器包括一主管道、多个分支管道，多个所述分支管道的前端各连接有一分支阳极筒，后端均与所述主管道连通，所述分支管道外靠分支阳极筒的一端设置有分支引出线圈；/n所述分支管道的中心线与所述主管道的中心线成45°～95°的夹角，所述主管道的前端连接有一主阳极筒，后端连接一聚焦管道，在所述主管道外的靠所述主阳极筒的一端设置有主引出线圈，在所述主管道外的靠所述聚焦管道的一端设置有聚焦线圈；/n所述聚焦管道的中心线与所述主管道的中心线成90°～150°的夹角，所述聚焦管道远离所述主管道的一端与所述真空腔室连通且正对于所述沉积工作台；/n所述主管道、所述聚焦管道内均设置有电压电极；/n在所述聚焦管道外设置有混合线圈；/n所述主阳极筒、所述分支阳极筒内均设置有引弧组件以及靶材，所述引弧组件产生弧光放电，用于靶材起弧；/n所述靶材为一元、二元或三元元素金属靶；/n所述分支阳极筒内的起弧电流为所述主阳极筒内的起弧电流1.5～2倍；/n所述分支引出线圈、主引出线圈、聚焦线圈以及混合线圈的电流大小可调。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多元合金膜层的沉积装置，包括等离子体发生器以及真空腔室，所述真空腔室内设置沉积工作台，其特征在于，所述等离子体发生器包括一主管道、多个分支管道，多个所述分支管道的前端各连接有一分支阳极筒，后端均与所述主管道连通，所述分支管道外靠分支阳极筒的一端设置有分支引出线圈；
所述分支管道的中心线与所述主管道的中心线成45°～95°的夹角，所述主管道的前端连接有一主阳极筒，后端连接一聚焦管道，在所述主管道外的靠所述主阳极筒的一端设置有主引出线圈，在所述主管道外的靠所述聚焦管道的一端设置有聚焦线圈；
所述聚焦管道的中心线与所述主管道的中心线成90°～150°的夹角，所述聚焦管道远离所述主管道的一端与所述真空腔室连通且正对于所述沉积工作台；
所述主管道、所述聚焦管道内均设置有电压电极；
在所述聚焦管道外设置有混合线圈；
所述主阳极筒、所述分支阳极筒内均设置有引弧组件以及靶材，所述引弧组件产生弧光放电，用于靶材起弧；
所述靶材为一元、二元或三元元素金属靶；
所述分支阳极筒内的起弧电流为所述主阳极筒内的起弧电流1.5～2倍；
所述分支引出线圈、主引出线圈、聚焦线圈以及混合线圈的电流大小可调。


2.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述靶材为Fe、Ni、Mo、Ti、Al、Cr、Si、W、Co中任意1种或任意2～3种元素组合的金属靶。


3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，陈琳，王国梁，罗军，庞盼，
申请(专利权)人：廖斌，广东省广新离子束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44