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1、2006年10月重庆大学学报(自然科学版)Oc.t2006第29卷第10期JournalofChongqingUniversity(NɑturɑlScienceEdition)Vo.l29No.10文章编号:1000-582X(2006)10-0055-03*多弧离子镀技术及其应用姜雪峰,刘清才,王海波(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030)摘要:多弧离子镀技术是离子镀技术的一种改进方法,它是把弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术.由于多弧离子镀技术具有镀膜速度高,膜层的致密度大,膜的附着力好等特点,使多弧离子镀镀层在工具、模具的超硬镀膜、装饰镀膜等领域的应用越来
2、越广泛,并将占据越来越重要的地位.介绍了多弧离子镀技术的原理、特点,并在总结和归纳了以往大量实验研究及国内外文献的基础上,分析了多弧离子镀技术的工艺发展及其在各个领域的应用,为今后多弧离子镀技术的研究与应用提供了有利借鉴.关键词:镀膜;多弧离子镀;氮化钛中图分类号:TG174.444文献标识码:A离子镀技术是在真空蒸镀和真空溅射的基础上于离化率蒸发沉积于基片表面形成膜层.阴极弧斑的运20世纪60年代初发展起来的新型薄膜制备技术.多动方向和速度受磁场的控制,适当的磁场强度可以使弧离子镀属于离子镀的一种改进方法,是离子镀技术弧斑细小、分散,对阴极表面实现均匀刻蚀.中的皎皎者,最早
3、由苏联人开发,80年代初,美国的多弧离子镀的基本原理就是把金属蒸发源(靶Multi-Arc公司首先把这种技术实用化.源)作为阴极,通过它与阳极壳体之间的弧光放电,使靶材蒸发并离化,形成空间等离子体,对工件进行沉积1多弧离子镀的原理镀覆.[1]多弧离子镀的蒸发源结构如图1所示,它由水冷阴极、磁场线圈、引弧电极等组成.阴极材料即是镀-1膜材料.在10～10Pa真空条件下,接通电源并使引弧电极与阴极瞬间接触,在引弧电极离开的瞬间,由于导电面积的迅速缩小,电阻增大,局部区域温度迅速升高,致使阴极材料熔化,形成液桥导电,最终形成爆发性的金属蒸发,在阴极表面形成局部的高温区,产生等离子体
4、,将电弧引燃,低压大电流的电源维持弧光放电的持续进行.在阴极表面形成许多明亮的移动变化的小点,即阴极弧斑.阴极孤斑是存在于极小空间的高电流密度、高速变化的现象.阴极弧斑的尺寸极小,有关5资料测定为1～100μm;电流密度很高,可达10～图1阴极强制冷却多弧离子镀结构示意图7210A/cm.每个弧斑存在的时间很短,在其爆发性地2多弧离子镀的特点离化发射离子和电子,将阴极材料蒸发后,在阴极表面多弧离子镀是20世纪70年代开始研究的一种新附近,金属离子形成空间电荷,又建立起弧斑产生的条的物理气相沉积工艺,这种工艺的特点如下:件,产生新的弧斑,众多的弧斑持续产生,保持了电弧1)阴极电
5、弧蒸发源不产生溶池,可以任意设置于总电流的稳定.阴极材料以每一个弧斑60%～90%的*收稿日期:2006-06-11基金项目:机械传动国家重点实验室访问学者项目作者简介:姜雪峰(1974-),男,湖南汉寿人,重庆大学讲师,硕士研究生,主要从事陶瓷材料的研究.56重庆大学学报(自然科学版)2006年镀膜室适当的位置,也可以采用多个电弧蒸发源.提高2～3倍,镀TiN后的高速钢刀具的摩擦系数大大降沉积速率使膜层厚度均匀,并可简化基片转动机构.低,耐磨性大大提高,说明TiN涂层具有一定的减摩作2)金属离化率高,可达80%以上,因此镀膜速率用.另外,经过TiN涂层的高速钢刀具可以提高刀
6、具的高,有利于提高膜基附着性和膜层的性能.使用寿命1～5倍.目前,多弧离子镀膜技术在齿轮刀3)一弧多用.电弧既是蒸发源和离化源又是加热具、钻头等大多数高速钢刀具中都有广泛的应用.源和离子溅射清洗的离子源.4.2多弧离子镀膜技术在车辆零部件上的应用4)沉积速度快,绕镀性好.离子镀表面涂层技术可在以下场合应用于车辆零5)入射粒子能量高,膜的致密度高,强度和耐磨部件.性好.工件和膜界面有原子扩散,因而膜的附着力高.1)在轴类零件的表面镀制硬质耐磨膜.离子镀用于轴类等易磨损零件的表面处理,可大大提高所镀表3多弧离子镀工艺的发展面的显微硬度,改善表面耐磨性,减小摩擦系数,从而30多年以
7、来,中国已经用多种PVD方法成功制降低表面磨损,延长零件使用寿命,还可降低零件运动备了多弧离子镀涂层.由于影响膜层质量的因素多而时产生的噪声,减少环境污染.复杂,针对不同的用户,需要设立不同的优化设计方2)在发动机零件上镀制耐磨耐蚀膜.在活塞顶法,以开发质量稳定的、可满足不同用户膜厚要求的工部、活塞环、汽缸套等直接与燃气接触的发动机零件上艺条件.因此,不断研究镀膜工艺(参数)与膜层性能镀制一层耐磨损、耐气蚀、隔热的复合膜,使这些零件(指标)之间的关系,以实现膜层性能预报与工艺优化可在高温下工作,降低其冷
