一种真空离子镀膜方法 【技术领域】
本发明涉及一种真空离子镀膜方法，属于真空镀膜技术领域。
背景技术
真空离子镀膜法(PVD)作为一种完全环保的薄膜技术，具有硬度高、耐磨性能好、膜层稳定、色泽丰富、摩擦系数低等优点，有很好的应用开发前景。目前真空离子镀膜法(PVD)有多种方法，其中电弧离子镀膜常用的有以下二种：
点弧真空离子镀膜法，即传统的阴极电弧源技术，具有反应离子镀膜工艺稳定，膜层沉积速率高，设备技术简单，采用多个小弧源可以满足大尺寸工件和批量生产，生产成本低。但点弧工艺的阴极电弧源会蒸发出微米级的微液滴，这些微液滴使得膜层的致密性降低，影响到产品的耐腐蚀性能。
柱弧真空离子镀膜法，即使用柱状阴极电弧源，在保持点弧的优点外，还改善了大尺寸工件镀膜的均匀性、粒子沉积细腻；细化了膜层的结构，也有利于镀制温度敏感的工件；大大降低了微液滴的数量和大小，从而改善了膜层的致密度和表面光洁度。但柱弧真空离子镀膜法的沉积速率慢，镀膜时间长，生产成本过高，生产效率较低，一般多用于航空工业。
【发明内容】
本发明的目的是提出一种真空离子镀膜方法，在传统的阴极电弧源镀膜过程中增加了中心阴极旋转柱弧，使传统的阴极电弧源(点弧)和柱状阴极电弧源(柱弧)并存，在不同的工艺步骤中采用不同的弧源，改变原有单一传统的阴极电弧源(点弧)或柱状阴极电弧源(柱弧)镀膜法，把点弧和柱弧二种镀膜法有机的结合起来，以改善工件的外观装饰性能和色泽，同时使工件更耐磨、耐腐蚀，延长工件的使用寿命。
本发明提出的真空离子镀膜方法，包括以下步骤：
(1)在镀膜设备的沉积室的中心设置柱弧源，沉积室的圆周壁上设置点弧源，待加工工件悬挂在沉积室的柱弧源和点弧源之间的工件架上；
(2)使工件转动速度为1～3转/分钟，使沉积室内的温度达到150℃～260℃，使沉积室内的真空度达到4×10-2Pa～1×10-2Pa；
(3)向沉积室内通入氩气或氮气，气体流量为200～480cm3/分钟，调节真空度为4～1.5Pa，对工件施加负偏压300-500V，对工件进行辉光放电清洗4～8分钟；
(4)使沉积室内的真空度达到8×10-3Pa～4×10-3Pa，向沉积室内通入氩气，进气量为100-150cm3/分钟，调节真空度为5.0-2.0×10-2Pa，调节柱弧源电流为200-250A，对工件施加负偏压300-400V，对工件进行放电清洗4～7分钟；
(5)调节氩气的进气量为100-300cm3/分钟，使真空度保持在5×10-1Pa～3×10-1Pa，对工件施加负偏压100-180V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，点弧源的工作电流为70A～100A，镀膜时间为4分钟～8分钟；
(6)向沉积室内通入反应气体，反应气体流量为50～450cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa～3×10-1Pa，对工件施加负偏压100-180V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，点弧源的工作电流为70A～100A，镀膜时间为3分钟～5分钟；
(7)使点弧源停止工作，调节反应气体和氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa～3×10-1Pa，对工件施加负偏压80-120V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，镀膜时间为5分钟～8分钟。
上述镀膜方法，还可以包括：使沉积室内的真空度达到5×10-3Pa～3×10-3Pa，向沉积室内通入氧气，调节氩气的进气量，对工件施加负偏压100-180V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，点弧源的工作电流为70A～100A，镀膜时间为1分钟～2分钟。
上述镀膜方法中，所述的反应气体可以为乙炔、氮气、氧气或甲烷中的任何一种或多种相混合。
本发明提出的真空离子镀膜方法，其优点是：采用了阴极多金属多点点电弧和中心阴极旋转柱弧相结合的方法，将点弧镀膜方法的沉积速率高、成本低和柱弧镀膜方法的均匀性、粒子沉积细腻、结合密度高，结合力强、工件表面光亮度好等特点相结合，减少或抑制了镀膜过程中金属液滴的产生，从而改善了工件镀膜层的致密度和表面光洁度，使镀膜层更加细化、致密和光亮；大大提高了镀膜层在工件上的附着力和耐腐蚀能力，而且镀膜层具有较强的抗氧化性，使工件长期保持表面色彩。本发明方法与已有技术相比，降低了生产成本，大大提高了生产效率，本发明方法可应用于五金行业的门窗、五金、锁具、卫浴等领域的工件镀膜。
【具体实施方式】
本发明提出的真空离子镀膜方法，包括以下步骤：
(1)在镀膜设备的沉积室的中心设置柱弧源，沉积室的圆周壁上设置点弧源，待加工工件悬挂在沉积室的柱弧源和点弧源之间的工件架上；
(2)使工件转动速度为1～3转/分钟，使沉积室内的温度达到150℃～260℃，抽真空使沉积室内的真空度达到4×10-2Pa～1×10-2Pa；
(3)向沉积室内通入氩气或氮气，气体流量为200～480cm3/分钟，调节真空度为4～1.5Pa，对工件施加负偏压300-500V，对工件进行辉光放电清洗4～8分钟，达到初步清洗地目的；
(4)使沉积室内的真空度达到8×10-3Pa～4×10-3Pa，向沉积室内通入氩气，进气量为100-150cm3/分钟，调节真空度为5.0-2.0×10-2Pa，调节柱弧源电流为200-250A，对工件施加负偏压300-400V，利用柱弧对工件进行放电清洗4～7分钟，使工件表面达到原子级清洁；
(5)调节氩气的进气量为100-300cm3/分钟，使真空度保持在5×10-1Pa～3×10-1Pa，对工件施加负偏压100-180V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，点弧源的工作电流为70A～100A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为4分钟～8分钟，以形成底膜过渡层；
(6)向沉积室内通入反应气体，反应气体流量为50～450cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa～3×10-1Pa，对工件施加负偏压100-180V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，点弧源的工作电流为70A～100A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为3分钟～5分钟，达到快速沉积硬质膜层的目的；
(7)关闭点弧源，保持柱弧工作，调节反应气体和氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa～3×10-1Pa，对工件施加负偏压80-120V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，镀膜时间为5分钟～8分钟，单独使用柱弧后使之达到膜层细腻、致密和光亮的硬质膜层。
上述镀膜方法，还可以包括：使沉积室内的真空度达到5×10-3Pa～3×10-3Pa，向沉积室内通入氧气，调节氩气的进气量，对工件施加负偏压100-180V，调节柱弧源的工作电流为150A～235A，点弧源的工作电流为70A～100A，镀膜时间为1分钟～2分钟，以形成致密和耐磨的保护层。
以下介绍本发明的实施例：
实施例1：钛灰色产品
(1)在镀膜设备的沉积室的中心设置柱弧源，靶材为金属钛，在沉积室的圆周壁上设置一组点弧源，共五个，靶材为金属钛，待加工工件悬挂在沉积室的柱弧源和点弧源之间的工件架上；
(2)使工件转动速度为1转/分钟，使沉积室内的温度达到150℃，抽真空使沉积室内的真空度达到4×10-2Pa；
(3)向沉积室内通入氩气，气体流量为200cm3/分钟，调节真空度为4Pa，对工件施加负偏压300V，对工件进行辉光放电清洗4分钟；
(4)使沉积室内的真空度达到8×10-3Pa，向沉积室内通入氩气，进气量为100cm3/分钟，调节真空度为5.0Pa，调节柱弧源电流为200A，对工件施加负偏压300V，利用柱弧对工件进行放电清洗4分钟；
(5)调节氩气的进气量为100cm3/分钟，使真空度保持在5×10-1Pa，对工件施加负偏压100V，调节柱弧源的工作电流为150A，点弧源的工作电流为70A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为4分钟；
(6)向沉积室内通入氮气和甲烷，氮气流量为110cm3/分钟，甲烷流量为15cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa，对工件施加负偏压100V，调节柱弧源的工作电流为150A，点弧源的工作电流为70A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为3分钟；
(7)关闭点弧源，保持柱弧工作，氮气流量为90cm3/分钟，甲烷流量为12cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa，对工件施加负偏压80V，调节柱弧源的工作电流为150A，镀膜时间为5分钟。
实施例2：锆金色产品
(1)在镀膜设备的沉积室的中心设置柱弧源，靶材为金属锆，在沉积室的圆周壁上设置一组点弧源，共五个，靶材为金属锆，待加工工件悬挂在沉积室的柱弧源和点弧源之间的工件架上；
(2)使工件转动速度为3转/分钟，使沉积室内的温度达到260℃，抽真空使沉积室内的真空度达到1×10-2Pa；
(3)向沉积室内通入氮气，流量为480cm3/分钟，调节真空度为1.5Pa，对工件施加负偏压500V，对工件进行辉光放电清洗8分钟；
(4)使沉积室内的真空度达到4×10-3Pa，向沉积室内通入氩气，流量为150cm3/分钟，调节真空度为2.0×10-2Pa，调节柱弧源电流为250A，对工件施加负偏压400V，利用柱弧对工件进行放电清洗7分钟；
(5)调节氩气的进气量为300cm3/分钟，使真空度保持在3×10-1Pa，对工件施加负偏压180V，调节柱弧源的工作电流为235A，点弧源的工作电流为100A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为8分钟；
(6)向沉积室内通入氮气和乙炔，氮气流量为410cm3/分钟，乙炔流量为40cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在3×10-1Pa，对工件施加负偏压180V，调节柱弧源的工作电流为235A，点弧源的工作电流为100A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为5分钟；
(7)关闭点弧源，保持柱弧工作，氮气流量为360cm3/分钟，乙炔流量为32cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在3×10-1Pa，对工件施加负偏压120V，调节柱弧源的工作电流为235A，镀膜时间为8分钟；
(8)使沉积室内的真空度达到3×10-3Pa，向沉积室内通入氧气，氧气流量为180cm3/分钟调节氩气的进气量，对工件施加负偏压180V，调节柱弧源的工作电流为235A，点弧源的工作电流为100A，镀膜时间为1分钟。
实施例3：青铜色产品
(1)在镀膜设备的沉积室的中心设置柱弧源，靶材为金属锆，在沉积室的圆周壁上设置一组点弧源，共五个，靶材为金属锆，待加工工件悬挂在沉积室的柱弧源和点弧源之间的工件架上；
(2)使工件转动速度为2转/分钟，使沉积室内的温度达到200℃，抽真空使沉积室内的真空度达到2.5×10-2Pa；
(3)向沉积室内通人氩气或氮气，气体流量为340cm3/分钟，调节真空度为3Pa，对工件施加负偏压400V，对工件进行辉光放电清洗6分钟；
(4)使沉积室内的真空度达到6×10-3Pa，向沉积室内通入氩气，进气量为125cm3/分钟，调节真空度为3.5×10-2Pa，调节柱弧源电流为225A，对工件施加负偏压350V，利用柱弧对工件进行放电清洗5分钟；
(5)调节氩气的进气量为200cm3/分钟，使真空度保持在4×10-1Pa，对工件施加负偏压140V，调节柱弧源的工作电流为190A，点弧源的工作电流为90A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为6分钟；
(6)向沉积室内通入氮气和乙炔，氮气流量为165cm3/分钟，乙炔流量为26cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在4×10-1Pa，对工件施加负偏压140V，调节柱弧源的工作电流为190A，点弧源的工作电流为90A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为4分钟；
(7)关闭点弧源，保持柱弧工作，氮气流量为135cm3/分钟，乙炔流量为21cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在4×10-1Pa，对工件施加负偏压100V，调节柱弧源的工作电流为190A，镀膜时间为6.5分钟。
实施例4：银白色产品
(1)在镀膜设备的沉积室的中心设置柱弧源，靶材为金属铬，沉积室的圆周壁上均匀设置三组点弧源，每组五个，靶材为金属铬，待加工工件悬挂在沉积室的柱弧源和点弧源之间的工件架上；
(2)使工件转动速度为1转/分钟，使沉积室内的温度达到150℃，抽真空使沉积室内的真空度达到4×10-2Pa；
(3)向沉积室内通入氩气，气体流量为200cm3/分钟，调节真空度为4Pa，对工件施加负偏压300V，对工件进行辉光放电清洗4分钟；
(4)使沉积室内的真空度达到8×10-3Pa，向沉积室内通入氩气，进气量为100cm3/分钟，调节真空度为5.0Pa，调节柱弧源电流为200A，对工件施加负偏压300V，利用柱弧对工件进行放电清洗4分钟；
(5)调节氩气的进气量为100cm3/分钟，使真空度保持在5×10-1Pa，对工件施加负偏压100V，调节柱弧源的工作电流为150A，点弧源的工作电流为70A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为4分钟；
(6)向沉积室内通入氮气，氮气流量为50cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa，对工件施加负偏压100V，调节柱弧源的工作电流为150A，点弧源的工作电流为70A，点弧和柱弧同时镀膜，镀膜时间为3分钟；
(7)关闭点弧源，保持柱弧工作，氮气流量为40cm3/分钟，调节氩气的进气量，使真空度保持在5×10-1Pa，对工件施加负偏压80V，调节柱弧源的工作电流为150A，镀膜时间为5分钟。