本發(fā)明涉及鍍膜設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材、鍍膜設(shè)備及其用途。

背景技術(shù)：

硼被稱為金屬材料的維他命，主要因?yàn)榕鸺嬗薪饘倥c非金屬的化學(xué)性質(zhì)，既能與金屬化合形成各種硼化物，又能與非金屬化合形成各種硼化物，因此，近年來，過渡金屬硼化物受到眾多科研工作者的青睞。

過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層具有許多優(yōu)異的綜合性能，比如高的硬度、剛度、耐磨性、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率等，特別是其具有高硬度的特性，被譽(yù)為第二類超硬材料?；谶^渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層具有上述優(yōu)異的物理化學(xué)性能，因此過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層有著十分廣泛的應(yīng)用。過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層通常是通過磁控濺射的方法沉積得到，在磁控濺射過程中需要分別在鍍膜設(shè)備中安裝過渡金屬硼化物靶材和金屬靶材，并且需要分別對(duì)過渡金屬硼化物靶材和金屬靶材進(jìn)行通電，工藝的可控性較差。而過渡金屬硼化物靶材脆性大，易碎，在安裝至鍍膜設(shè)備時(shí)，由于操作人員的個(gè)體差異和操作熟練程度的不同，容易導(dǎo)致過渡金屬硼化物靶材脆裂。同時(shí)，在制備過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層時(shí)需要對(duì)過渡金屬硼化物靶材和金屬靶材單獨(dú)通電控制，并且，沉積過程中金屬的含量不易精確控制，從而影響加工工藝和沉積后復(fù)合涂層中金屬的含量。

比如黃蜂等人(專利號(hào)為cn201110418928.8的專利)采用磁控濺射的方法，在沉積室內(nèi)部本底真空低于9.5×10^-4pa，溫度為20-500℃時(shí)，設(shè)置tib2靶材中頻為50-200khz，功率為100-500w，占空比60-90％，ni金屬靶直流功率為0-20w，預(yù)濺射時(shí)間為8-15min，濺射沉積時(shí)間為30-200min，從而制備出tib2-ni復(fù)合涂層，涂層的硬度高達(dá)到25gpa以上，具有良好的導(dǎo)電性，摩擦與抗腐蝕性能也十分優(yōu)異。但是該方法中采用的是單獨(dú)的ni靶材與tib2靶材，使得制備得到的tib2-ni復(fù)合涂層中ni的含量不容易精確控制，從而影響了涂層的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中制備過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層過程中，過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合涂層中金屬含量不易精確控制的技術(shù)問題。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種鍍膜設(shè)備。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種上述鍍膜設(shè)備在制備過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合涂層中的用途。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材，包括過渡金屬硼化物基體和與所述過渡金屬硼化物基體固定連接的金屬件，所述過渡金屬硼化物基體的工作面與所述金屬件的工作面共表面。

進(jìn)一步的，所述過渡金屬硼化物基體上設(shè)有凹槽，所述金屬件固定于所述凹槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述金屬件通過焊接或螺紋連接與所述過渡金屬硼化物基體固定連接。

進(jìn)一步的，所述金屬件固定于所述過渡金屬硼化物基體的外周面。

進(jìn)一步的，所述金屬件通過焊接或卡接或螺紋連接與所述過渡金屬硼化物基體固定連接。

進(jìn)一步的，所述金屬件的形狀包括圓柱體、正方體或長(zhǎng)方體中的任一種。

進(jìn)一步的，所述過渡金屬硼化物基體包括tib2、reb2或rub2中的任一種或至少兩種的組合。

進(jìn)一步的，所述金屬件包括ni、cu、v、al或aln中的任一種或者至少兩種的組合。

一種鍍膜設(shè)備，包括上述過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材。

一種上述鍍膜設(shè)備在制備過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合涂層中的用途。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明中的金屬件與過渡金屬硼化物基體固定在一起，且兩者的工作面共平面，這就保證了過渡金屬硼化物和金屬能夠同時(shí)進(jìn)入復(fù)合涂層中。根據(jù)復(fù)合涂層中金屬與過渡金屬硼化物的質(zhì)量比設(shè)計(jì)金屬件與過渡金屬硼化物基體的工作面的面積比，從而實(shí)現(xiàn)精確控制復(fù)合涂層中金屬含量的目的，使過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層中的金屬的分布更均勻。

另外，本發(fā)明提供的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材是將過渡金屬硼化物基體與金屬件固定在一起，當(dāng)需要制備過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層時(shí)，只需安裝一次靶材即可實(shí)現(xiàn)，無需分別安裝過渡金屬硼化物靶材和金屬靶材，節(jié)約安裝時(shí)間。

此外，由于過渡金屬硼化物基體與金屬件為一體結(jié)構(gòu)，因此，可利用同一電源進(jìn)行控制，因此可操作性強(qiáng)、可控性好、工作效率高且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)中a-a處的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2提供的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例4提供的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例6提供的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材的制備工藝流程圖。

圖標(biāo)：10-過渡金屬硼化物基體；20-金屬件。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例1

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例是一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材，包括過渡金屬硼化物基體10和與過渡金屬硼化物基體10固定連接的金屬件20，過渡金屬硼化物基體10的工作面與金屬件20的工作面共表面。

本發(fā)明中的金屬件20與過渡金屬硼化物基體10固定在一起，且兩者的工作面共平面，這就保證了過渡金屬硼化物和金屬能夠同時(shí)進(jìn)入復(fù)合涂層中。根據(jù)復(fù)合涂層中金屬與過渡金屬硼化物的質(zhì)量比設(shè)計(jì)金屬件20與過渡金屬硼化物基體10的工作面的面積比，從而實(shí)現(xiàn)精確控制復(fù)合涂層中金屬含量的目的，使過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層中的金屬的分布更均勻。

另外，本發(fā)明提供的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材是將過渡金屬硼化物基體10與金屬件20固定在一起，當(dāng)需要制備過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合涂層時(shí)，只需安裝一次靶材即可實(shí)現(xiàn)，無需分別安裝過渡金屬硼化物靶材和金屬靶材，節(jié)約安裝時(shí)間。

此外，由于過渡金屬硼化物基體10與金屬件20為一體結(jié)構(gòu)，因此，可利用同一電源進(jìn)行控制，因此可操作性強(qiáng)、可控性好、工作效率高且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

過渡金屬硼化物基體10與金屬件20固定在一起形成一個(gè)復(fù)合靶材，使用時(shí)只需要將該復(fù)合靶材直接安裝與設(shè)備中即可。使用時(shí)可利用同一電源進(jìn)行控制。在沉積過渡金屬硼化物-金屬的復(fù)合涂層時(shí)，可根據(jù)復(fù)合涂層中的金屬的含量來設(shè)計(jì)金屬件20與過渡金屬硼化物的工作面面積的比例，從而可以精確控制金屬的含量。

本實(shí)施例中的過渡金屬硼化物基體10上設(shè)有凹槽，金屬件20固定于凹槽內(nèi)。由此，過渡金屬硼化物基體10與金屬件20的連接是通過將金屬件20鑲嵌在上述凹槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。

金屬件20通過焊接或螺紋連接與過渡金屬硼化物基體10固定連接。本實(shí)施例中金屬件20與過渡金屬硼化物基體10的連接形式采用釬焊，以保證二者緊密貼合，無松動(dòng)無位移。

上述安裝方式中，過渡金屬硼化物基體10的整體外形尺寸不變，只是在過渡金屬硼化物基體10中間設(shè)置了安裝金屬件20的位置，金屬件20均勻分布于過渡金屬硼化物基體10上，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合涂層中金屬的均勻分布。

金屬件20的形狀可以為圓柱體，也可以為正方體或者還可以為長(zhǎng)方體，或者其他形狀。但是需要保證安裝后金屬件20的工作面與過渡金屬硼化物基體10的工作面位于同一平面上。本實(shí)施例中的金屬件20選擇圓柱體結(jié)構(gòu)，方便安裝的同時(shí)還方便加工。

過渡金屬硼化物基體10包括tib2、reb2或rub2中的任一種或至少兩種的組合。金屬件20包括ni、cu、v、al或aln中的任一種或者至少兩種的組合。

本實(shí)施例中，過渡金屬硼化物基體選用硬質(zhì)相tib2，金屬件20選用ni金屬件20，兩者組合后形成tib2-ni復(fù)合靶材。其中ni的原子含量為10at.％。

本實(shí)施例中的tib2-ni復(fù)合靶材根據(jù)鍍膜設(shè)備中相應(yīng)的靶位安裝位置的尺寸設(shè)計(jì)。其中tib2-ni復(fù)合靶材的螺紋尺寸直徑為86mm，螺距1mm，螺紋深度為8mm，螺紋最深處的退刀槽尺寸為1.5mm，退刀槽處的直徑為83mm。tib2-ni復(fù)合靶材高度為35mm，最大直徑φ為100mm。這樣能夠確保tib2-ni復(fù)合靶材和鍍膜設(shè)備中靶材的安裝位置很好的配合。ni金屬件20結(jié)構(gòu)為圓柱體，其直徑為18mm，高度為25mm，數(shù)量為3，與tib2基體采用釬焊連接。其中ni金屬件20在tib2基體中的定位尺寸為58mm，均勻分布于tib2基體中，ni金屬件20之間的角度為120度，如圖1和圖2所示。

實(shí)施例2

如圖3所示，本實(shí)施例是一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材，與實(shí)施例1的不同之處在于，本實(shí)施例中的金屬件20固定于過渡金屬硼化物基體10的外周面。其余與實(shí)施例1相同。具體的，金屬件20通過焊接或卡接或螺紋連接與過渡金屬硼化物基體10固定連接。其中，金屬件20為環(huán)形結(jié)構(gòu)，套設(shè)于過渡金屬硼化物基體10的外周面上，金屬件20的內(nèi)徑尺寸與過渡金屬硼化物集體10的外徑尺寸相匹配。

實(shí)施例3

本實(shí)施例是一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材。與實(shí)施例1的不同之處在于，本實(shí)施例中，過渡金屬硼化物基體10選用硬質(zhì)相tib2，金屬件20選用cu金屬件20，兩者組合后形成tib2-cu復(fù)合靶材。其中cu的原子含量為5at.％。

本實(shí)施例中的tib2-cu復(fù)合靶材根據(jù)鍍膜設(shè)備中相應(yīng)的靶位安裝位置的尺寸設(shè)計(jì)。其中tib2-cu復(fù)合靶材的螺紋尺寸直徑為86mm，螺距1mm，螺紋深度為8mm，螺紋最深處的退刀槽尺寸為1.5mm，退刀槽處的直徑為83mm。tib2-cu復(fù)合靶材高度為35mm，最大直徑φ為100mm。這樣能夠確保tib2-cu復(fù)合靶材和鍍膜設(shè)備中靶材的安裝位置很好的配合。cu金屬件20結(jié)構(gòu)為圓柱體，其直徑為12mm，高度為25mm，數(shù)量為3，與tib2基體采用釬焊連接。其中cu金屬件20在tib2基體中的定位尺寸為58mm，均勻分布于tib2基體中，cu金屬件20之間的角度為120度。

實(shí)施例4

如圖4所示，本實(shí)施例是一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材，與實(shí)施例1的不同之處在于，本實(shí)施例中的過渡金屬硼化物基體10選用硬質(zhì)相tib2，金屬件20選用v金屬件20，兩者組合后形成tib2-v復(fù)合靶材。其中v的原子含量為15at％。

本實(shí)施例中的tib2-v復(fù)合靶材根據(jù)鍍膜設(shè)備中相應(yīng)的靶位安裝位置的尺寸設(shè)計(jì)。其中tib2-v復(fù)合靶材的螺紋尺寸直徑為86mm，螺距1mm，螺紋深度為8mm，螺紋最深處的退刀槽尺寸為1.5mm，退刀槽處的直徑為83mm。tib2-v復(fù)合靶材高度為35mm，最大直徑φ為100mm。這樣能夠確保tib2-v復(fù)合靶材和鍍膜設(shè)備中靶材的安裝位置很好的配合。v金屬件20結(jié)構(gòu)為圓柱體，其直徑為20mm，高度為25mm，數(shù)量為4個(gè)，與tib2基體采用釬焊連接。其中v金屬件20在tib2基體中的定位尺寸為58mm，均勻分布于tib2基體中，v金屬件20之間的角度為90度。

實(shí)施例5

本實(shí)施例是一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材，與實(shí)施例1的不同之處在于，本實(shí)施例中的過渡金屬硼化物基體10選用硬質(zhì)相rub2，金屬件20選用v金屬件20，兩者組合后形成rub2-v復(fù)合靶材。其中v的原子含量為15at.％。

本實(shí)施例中的rub2-v復(fù)合靶材根據(jù)鍍膜設(shè)備中相應(yīng)的靶位安裝位置的尺寸設(shè)計(jì)。其中rub2-v復(fù)合靶材的螺紋尺寸直徑為86mm，螺距1mm，螺紋深度為8mm，螺紋最深處的退刀槽尺寸為1.5mm，退刀槽處的直徑為83mm。rub2-v復(fù)合靶材高度為35mm，最大直徑φ為100mm。這樣能夠確保rub2-v復(fù)合靶材和鍍膜設(shè)備中靶材的安裝位置很好的配合。v金屬件20結(jié)構(gòu)為圓柱體，其直徑為20mm，高度為25mm，數(shù)量為4個(gè)，與rub2基體采用釬焊連接。其中v金屬件20在rub2基體中的定位尺寸為58mm，均勻分布于rub2基體中，v金屬件20之間的角度為90度。

實(shí)施例6

如圖5所示，本實(shí)施例是一種過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材的制備方法，包括以下步驟：先將ti粉和b粉按比例混合球磨后冷壓成型，然后燒結(jié)合成，之后經(jīng)研磨破碎后熱壓成型得到tib2基體；之后與金屬件20焊接后形成tib2-金屬?gòu)?fù)合靶材。

實(shí)施例7

本實(shí)施例是一種利用實(shí)施例1提供的tib2-ni復(fù)合靶材制備tib2-ni的復(fù)合涂層的方法，待鍍基材選擇硬質(zhì)合金(但不限于硬質(zhì)合金，也可以是其他基材)，其中ni的原子含量為10at.％。該tib2-ni的復(fù)合涂層的制備方法主要包括如下步驟：

步驟a)：預(yù)置靶材：將tib2-ni復(fù)合靶材安裝于鍍膜設(shè)備相應(yīng)的靶位上；

步驟b)：預(yù)處理：將待鍍基材在去離子水中超聲清洗40min，然后將待鍍基材放入丙酮溶液中超聲清洗45min，接著將待鍍基材放入無水乙醇溶液中超聲清洗45min，接著使用干燥的氮?dú)鈱⒋兓谋砻娲蹈桑詈髮⒋兓霓D(zhuǎn)移到鼓風(fēng)干燥箱中于120℃烘烤2h；然后將烘干后的待鍍基材裝入特制夾具并固定在鍍膜設(shè)備中的轉(zhuǎn)架上；然后關(guān)閉真空室門，開啟水冷機(jī)組將離子源、電弧靶、分子泵、真空腔室的水路接通，開啟空壓機(jī)與電弧靶鍍膜設(shè)備總電源，接著打開機(jī)械泵與輔抽閥以及分子泵，分子泵顯示爬升中；當(dāng)分子泵爬升到全速后，關(guān)輔抽閥，開粗抽閥，對(duì)真空室系統(tǒng)粗抽；當(dāng)真空室內(nèi)壓強(qiáng)低于10pa后，接著開啟輔抽閥，進(jìn)一步抽真空；當(dāng)真空室系統(tǒng)的壓強(qiáng)低于3pa后，便關(guān)閉粗抽閥，啟動(dòng)高閥對(duì)真空室系統(tǒng)進(jìn)行精抽；當(dāng)真空室系統(tǒng)內(nèi)部壓強(qiáng)抽到低于5.0×10^-3pa后，打開加熱電源，對(duì)真空室系統(tǒng)以及待鍍基材進(jìn)行加熱預(yù)處理，加熱溫度為350℃，在加熱過程中需開啟轉(zhuǎn)架系統(tǒng)，使待鍍基材隨著轉(zhuǎn)架既能夠公轉(zhuǎn)、也能自轉(zhuǎn)，保證待鍍基材硬質(zhì)合金受熱均勻；如果真空室系統(tǒng)的壓強(qiáng)低于3.0×10^-3pa時(shí)，接著進(jìn)入輝光清洗操作工序；

步驟c)：輝光清洗：如果真空室系統(tǒng)的壓強(qiáng)低于3.0×10^-3pa，便可打開氬氣瓶主閥，開啟減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥和質(zhì)量流量計(jì)，向真空室腔體內(nèi)通入氬氣，氬氣流量500sccm，本底真空度為1.0pa，基底偏壓為-800v，對(duì)待鍍基材硬質(zhì)合金清洗30min；

步驟d)：離子源清洗：輝光清洗結(jié)束后，開啟離子源，對(duì)待鍍基材進(jìn)行離子刻蝕清洗，其中離子源電壓為65v，氬氣流量300sccm,爐內(nèi)工作壓強(qiáng)0.6pa，基底偏壓設(shè)置為-300v；清洗時(shí)間120min；

步驟e)：tib2-ni復(fù)合靶材涂層沉積：離子源刻蝕清洗結(jié)束后，調(diào)節(jié)氬氣流量為200sccm，直到工作壓強(qiáng)調(diào)整為0.5pa，接著打開tib2-ni復(fù)合靶進(jìn)行tib2-ni復(fù)合涂層的沉積，其中靶偏壓為-100v，功率為3.5kw；沉積時(shí)間為30min，涂層厚度為1μm；

步驟f)：開爐取樣：tib2-ni復(fù)合涂層沉積結(jié)束后，關(guān)閉tib2-ni復(fù)合靶電源和偏壓電源，接著關(guān)閉氣體質(zhì)量流量計(jì)和氣瓶主閥和減壓閥；進(jìn)一步設(shè)置降溫程序，待溫度降到低于100℃后，關(guān)閉真空泵組和抽氣閥，然后關(guān)閉水冷機(jī)組和設(shè)備總電源；開啟放氣閥，直到真空室腔體內(nèi)壓強(qiáng)和外界壓強(qiáng)達(dá)到平衡以后，開啟真空室門，就可將沉積的硬質(zhì)合金樣品取出，鍍膜結(jié)束。

實(shí)施例7對(duì)實(shí)施例1提供的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材的使用方法做了進(jìn)一步說明。實(shí)施例7提供的制備方法同樣適用于實(shí)施例2-5，不同的是，當(dāng)采用不同的過渡金屬硼化物-金屬?gòu)?fù)合靶材時(shí)得到的復(fù)合涂層的不同。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。