一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2-Ti复合涂层的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑

【技术实现步骤摘要】
一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置和方法


[0001]本专利技术涉及金属材料表面改性用固体润滑涂层
，具体涉及一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置和方法。

技术介绍

[0002]作为具有层状结构的过度金属硫化物，WS2具有优异的热稳定性和抗氧化性，工作温度范围广，是一种具有广泛应用前景的固体润滑材料。尤其是在一些特殊的应用情况下，比如压强大、负荷大或者有辐射和腐蚀的环境情况下，它的性能表现尤为突出，非常适合作为新型润滑材料。但磁控溅射制备的纯WS2涂层质地柔软，在摩擦过程中容易失去润滑性能。针对该缺陷，研究人员通过掺入TiO2、ZnO等氧化物以及Ti、Cr、Ni、A、Zr、Cu、Ni
‑
Co等元素来改善WS2涂层的结构形貌及性能。研究表明，通过掺杂后，复合涂层结构更加致密，表面更加光洁，与基体结合力更强，复合涂层的硬度、抗摩擦磨损性能、抗氧化性能及耐湿度性能也得到提高。但WS2‑
Ti复合涂层的综合性能尚不能满足大气潮湿环境中的工程应用，其抗氧化性能有待进一步改善，耐磨性能有待进一步提高。
[0003]高能脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)是一种可以产生高离化率的磁控溅射技术，兼顾了磁控溅射及多弧离子镀的优点。其高离化率的特点可以实现高能沉积，可制备出致密度较高的优质薄膜，常用于高性能复合膜及涂层的开发及生产。特别是在刀具硬质涂层、固体润滑涂层等领域，由于该方法所制备的涂层致密、表面光滑，备受关注。研究表明，采用HiPIMS技术可以提高过度金属硫化物固体润滑涂层的致密度及高温抗氧化性能。因此，利用该技术，结合掺杂形成WS2‑
Ti复合涂层将会进一步提高涂层综合性能，以满足大气环境下的工程应用需求。采用双靶共溅射是实现WS2涂层掺杂的常用手段，利用该方法，通过掺杂金属及氧化物可提高WS2涂层的致密度及硬度，改善其抗摩擦磨损性能。此外，通过双靶共溅射，还可实现对涂层成分及性能的调控。但是不同于其他磁控溅射技术，利用HiPIMS镀膜时的瞬间能量很高。因此，在利用HiPIMS双靶共溅射时，当出现双靶脉冲放电重叠时，由于瞬间能量过高会导致偏压电源超载，影响起辉稳定性，甚至导致不能正常起辉，限制了该技术在WS2涂层掺杂研究中的应用。此外，受限于靶材制作技术，采用多元靶材及镶嵌靶材对WS2进行掺杂形成WS2复合涂层，在涂层的均匀性、稳定性调控上均存在局限性，不利于该复合涂层的产业化应用研究。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置和方法，该装置可控制两套HiPIMS脉冲电源的脉冲时序，可以有效避免脉冲放电重叠，实现双靶稳定工作，利用该装置制备WS2‑
Ti复合涂层，可以改善其耐摩擦磨损性能。
[0005]实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：
[0006]一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置，包括真空腔体和样品转架，
样品转架设置于真空腔体内，还包括主脉冲电源、从脉冲电源、WS2靶材、Ti靶材和时序控制器，WS2靶材和Ti靶材分别固定于真空腔体中，WS2靶材和Ti靶材呈八字分布，WS2靶材和Ti靶材分别正对样品转架；
[0007]主脉冲电源与Ti靶材电连接，从脉冲电源与WS2靶材电连接，时序控制器分别与主脉冲电源和从脉冲电源电连接，时序控制器控制主脉冲电源和从脉冲电源的脉冲时序。
[0008]所述的时序控制器包括衰减器、D触发器和延时器，主脉冲电源与衰减器连接，衰减器与D触发器的触发端连接，D触发器的复位端接高电平，D触发器的输出端与延时器连接，延时器与从脉冲电源连接。
[0009]一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的方法，包括如下步骤：
[0010]1、将基体进行清洗后放置于真空腔体内的样品转架上，接着抽真空；
[0011]2、在室温下，通入工作气体至设定工作压强，打开偏压电源，设置偏压为设定电压，利用辉光等离子体对基体进行清洗；
[0012]3、设置偏压为设定电压，打开主脉冲电源，预先沉积100
‑
200nm厚度的Ti膜作为打底层；
[0013]4、打开从脉冲电源，根据设置的双靶脉冲时序进行双靶共溅射，沉积WS2‑
Ti复合涂层。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果和优点在于：
[0015]1、本专利技术提供了一种控制HiPIMS主脉冲电源和从脉冲电源的脉冲时序的控制器，可以有效避免脉冲放电重叠，避免了瞬间能量过高会导致偏压电源超载而导致不能正常起辉的问题，实现了双靶稳定工作，同时可以通过改变各靶功率实现成分调控。
[0016]2、本专利技术可以实现WS2‑
Ti复合涂层的制备，而且制备的WS2‑
Ti复合涂层耐磨性能更优异。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置的结构简图。
[0018]图2为时序控制器的结构示意图。
[0019]图3为实施例2制备的WS2‑
Ti复合涂层的SEM形貌图。
[0020]图4为实施例2制备的WS2‑
Ti复合涂层的摩擦系数测试结果图。
[0021]图5为实施例2制备的WS2‑
Ti复合涂层的磨损量测试结果图：图中，1为对比例1制备的WS2涂层，2为实施例2制备的WS2‑
Ti复合涂层。
[0022]其中，1
‑
真空腔体；2
‑
Ti靶材；3
‑
主脉冲电源；4
‑
WS2靶材；5
‑
从脉冲电源；6
‑
样品转架；7
‑
时序控制器：701
‑
衰减器、702
‑
D触发器；703
‑
延时器。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术进行说明，但不用来限制本专利技术的范围。
[0024]实施例1
[0025]本实施例提供的HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置的结构如图1所示，包括真空腔体1、样品转架6、主脉冲电源3、从脉冲电源5、WS2靶材4、Ti靶材2和时序控制器7。
涂层，实施例2制备的WS2‑
Ti复合涂层磨损量明显降低，耐磨性能更加优异。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置，包括真空腔体和样品转架，样品转架设置于真空腔体内，其特征在于：还包括主脉冲电源、从脉冲电源、WS2靶材、Ti靶材和时序控制器，WS2靶材和Ti靶材分别固定于真空腔体中，WS2靶材和Ti靶材呈八字分布，WS2靶材和Ti靶材分别正对样品转架；主脉冲电源与Ti靶材电连接，从脉冲电源与WS2靶材电连接，时序控制器分别与主脉冲电源和从脉冲电源电连接，时序控制器控制主脉冲电源和从脉冲电源的脉冲时序。2.根据权利要求1所述的HiPIMS双靶共溅射制备WS2‑
Ti复合涂层的装置，其特征在于：所述的时序控制器包括衰减器、D触发器和延时器，主脉冲电源与衰减...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，孙含影，应普友，吴建波，黄敏，杨涛，林长红，弗拉基米尔列夫琴科，
申请(专利权)人：台州学院温岭研究院，
类型：发明
国别省市：