СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ Российский патент 2003 года по МПК C23C14/16 C23C14/35 C23C14/38 

Изобретение относится к области изготовления покрытий из драгоценных металлов на изделиях различного назначения и может быть использовано в ювелирной, электротехнической, радиотехнической и других отраслях промышленности.

Известен способ формирования металлизации межсоединений для интегральных схем (авторское свидетельство СССР 1707995, кл. С 23 С 14/35, 1994), включающий нанесение слоя металла из алюминия или его сплавов с добавками примеси титана в атмосфере плазмообразующего аргона в установках магнетронного распыления, в котором нанесение проводят в установках с вакуумной блокировкой при давлении в рабочей камере (1-9,6)•10^-1 Па и давлении в общей камере, меньшем или равном 1,33•10^-3 Па, и содержании активных газовых примесей в рабочей камере с давлением, не превышающем для кислорода - 2•10^-6 Па, воды - 2•10^-5 Па, азота - 1•10^-5 Па, углеводородных масс - 1,5•10^-7 Па. К недостатку способа следует отнести отсутствие упрочнения поверхности, что негативно сказывается на износостойкости.

Известен также способ и слоистая структура для прикрепления золота к подложке (заявка РСТ 90/09464, кл. С 23 С 14/02, 1991), в котором предложены слоистая структура, содержащая непосредственно на подложке первый слой нитрида, карбида или карбонитрида металла - титана, циркония или гафния, поверх которого находится слой жаропрочного металла, над которым расположен слой золота или его сплава, нанесенные предпочтительно путем катодного плазменного распыления. Недостатком способа является недостаточная износостойкость металлического покрытия, определяемая в этом случае твердостью золота.

В способе магнетронного напыления тонких пленок (авторское свидетельство СССР 1760776, кл. С 23 С 14/35, 1994), включающем формирование в магнетронном источнике магнитного поля электромагнитом переменного тока, зажигание разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, распыление материала катода и осаждение его на подложку, перед осаждением осуществляют нагрев подложек магнетронным источником, причем потоком электронов, бомбардирующих подложку при выключении электромагнита на время изменения направления переменного тока. В этом способе, как и предыдущем, сформированные покрытия на основе драгоценных металлов не отличаются износостойкостью, что относится к его недостаткам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ нанесения покрытий на подложки и подложки с таким покрытием (патент США 5068020, кл. С 23 С 14/46, 1993), в котором для нанесения на алмазную подложку золотой пленки поверхность алмазной подложки подвергают распылению потоком ионов инертного газа при комнатной температуре, затем наносят пленкообразующий материал - золото, при этом энергия ионов достаточна для распыления атомов пленкообразующего материала и переноса этих атомов к поверхности подложки с усилием, достаточным для образования золотой пленки, прочно скрепленной с поверхностью подложки. Этому способу также свойственна невысокая износостойкость покрытия из золота из-за малой твердости последнего.

Технический результат изобретения заключается в повышении износостойкости покрытия из драгоценных металлов и их сплавов.

Технический результат достигается в способе формирования покрытия из драгоценных металлов и их сплавов, включающем предварительное ионное травление подложки, распыление мишени-катода из драгоценных металлов или их сплавов ионами с энергией, достаточной для переноса атомов металлов или их групп к подложке, их осаждения и образования покрытия, скрепленного с поверхностью подложки, в котором формирование покрытия ведут с микролегированием покрытия хромом и железом, осуществляемым при сосуществовании магнетронного разряда и тлеющего разряда, возникающего в результате гальванической связи между анодным блоком и подложкой с положительным электродом и мишенью-катодом и элементами устройства, выполненными из легированной стали, - с отрицательным электродом.

Суть изобретения заключается в следующем.

Микролегирование покрытия из драгоценных металлов и их сплавов малыми количествами (до 5•10^-3 мас.%) хрома и железа вызывает дисперсионное твердение покрытия, при котором легирующие добавки вытесняются на межзеренные границы, чем достигается повышение износостойкости покрытия. Микролегирование осуществляют совместным магнетронным распылением мишени-катода из драгоценных металлов или их сплавов и весьма незначительньм распылением тлеющим разрядом элементов устройства, выполненных из легированной стали, имеющей в своем составе хром и основную составляющую - железо, и их последующее совместное осаждение на подложку. Скорость распыления элементов устройства в 10³-10⁴ раз меньше скорости распыления мишени-катода, чем и достигается эффект микролегирования.

Сосуществование магнетронного и тлеющего разрядов обеспечивается соответствующим соединением электродов и элементов технологического оборудования, а именно гальванической связью анодного блока и подложки с положительным электродом, мишени-катода и элементов устройства из легированной стали - с отрицательным электродом.

Способ реализован при нанесении покрытий из золота, серебра и сплавов на их основе. Некоторые примеры использования приведены ниже.

Пример 1. Напыление золота с содержанием 99,99 мас.% основного элемента осуществляли на подложки в виде латунных дисков диаметром 36 мм в объеме, имеющем элементы устройства, выполненные из легированной хромом стали 12Х18Н10Т. При этом две мишени-катода были соединены с элементами устройства и заземлены. Диски, закрепленные на держателе, были гальванически связаны с анодным блоком магнетрона и положительным электродом. Мощность, подводимая к каждому магнетрону, составляла 0,3-0,4 кВт. При ведении процесса наблюдалось сосуществование магнетронного разряда на мишени и тлеющего разряда между подложками и элементами устройства, выполненными из легированной стали. В результате напыления получены покрытия толщиной 1-1,5 мкм с содержанием 6•10^-4 мас. % хрома и 2•10^-3 мас.% железа. При испытании покрытия на износостойкость последняя найдена в 1,5-2 раза большей по сравнению с таковой без микролегирования.

Пример 2. Напыление серебра с содержанием 99,99 мас.% основного элемента осуществляли на медные подложки в виде прямоугольников 15•30 мм в вакуумном объеме, элементы которого выполнены из легированной хромом стали 12Х18Н10Т. При этом две мишени-катода были соединены с элементами устройства, выполненными из легированной стали, и заземлены. Подложки, закрепленные на держателе, были гальванически связаны с анодным блоком магнетрона и положительным электродом. Мощность, подводимая к каждому магнетрону, составляла 0,3-0,5 кВт. При ведении процесса наблюдалось сосуществование магнетронного разряда на мишени и тлеющего разряда между подложками и элементами устройства, выполненными из легированной стали. Получены покрытия толщиной 1,5-3,0 мкм с содержанием 2•10^-4 мас.% хрома и 1•10^-3 мас.% железа. При испытании покрытия на износостойкость последняя найдена в 1,7-2,3 раза большей по сравнению с таковой без микролегирования.

Пример 3. Напыление покрытия на изделия неправильной формы, габариты которых не превышали 10•12•30 мм, производили распылением сплава, содержащего золота - 75 мас.%, серебра - 8 мас.%, остальное - медь, при условиях, как в примерах 1 и 2. При анализе состава покрытий отмечено присутствие до 5•10^-4 мас. % хрома и (2-4)• 10^-3 мас.% железа. Испытания износостойкости покрытия показало увеличение ее в 1,2-1,4 раза по сравнению с таковой без микролегирования.

Таким образом, примеры реализации способа и результаты, изложенные в них, свидетельствуют об увеличении износостойкости покрытий из драгоценных металлов и их сплавов вследствие дисперсионного упрочнения.

Изобретение относится к изготовлению покрытий из металлов на изделиях различного назначения и может быть использовано в электротехнической, радиотехнической, ювелирной и других отраслях промышленности. Предварительно осуществляют ионное травление подложки. Формирование покрытия ведут магнетронным распылением мишени-катода из драгоценных металлов или их сплавов ионами с энергией, достаточной для переноса атомов металлов или их групп к подложке, и с микролегированием покрытия хромом и железом. Микролегирование осуществляют распылением тлеющим разрядом элементов устройства, выполненных из легированной стали. Сосуществование магнетронного и тлеющего разрядов обеспечивают гальванической связью анодного блока и подложки с положительным электродом, а мишени-катода и элементов устройства - с отрицательным электродом. Такая технология позволяет повысить износостойкость покрытия вследствие дисперсионного упрочнения.

Способ формирования покрытия из драгоценных металлов и их сплавов, включающий предварительное ионное травление подложки, магнетронное распыление мишени-катода из драгоценных металлов или их сплавов ионами с энергией, достаточной для переноса атомов металлов или их групп к подложке, их осаждения и образования покрытия, скрепленного с поверхностью подложки, отличающийся тем, что формирование покрытия ведут с микролегированием покрытия хромом и железом, которое осуществляют распылением в тлеющем разряде элементов устройства, выполненных из легированной стали, при этом сосуществование магнетронного и тлеющего разрядов обеспечивают гальванической связью анодного блока магнетрона и подложки с положительным электродом, а мишени-катода и элементов устройства - с отрицательным электродом.