多弧離子PVD鍍膜設(shè)備鍍工藝及應(yīng)用

離子鍍基本工藝流程

①工件的預(yù)熱．

一般的離子鍍方法使用烘烤加熱裝置對工件進(jìn)行加熱，而熱陰極離子鍍則是利用等離子電子束轟擊工件；電弧離子鍍是利用金屬離子轟擊工件，對工件加熱，達(dá)到預(yù)熱的目的，有時電弧離子鍍也采用輔助烘烤加熱裝置對工件進(jìn)行預(yù)熱。

②離子轟擊濺射清洗．

一般離子鍍的離子轟擊濺射清洗是基片施加負(fù)偏壓，利用輝光放電產(chǎn)生的Ar離子轟擊基片，對基片進(jìn)行離子轟擊濺射清洗，而熱陰極離子鍍是利用等離子電子束轟擊輔助陽級，Ar離子轟擊基片進(jìn)行離子轟擊濺射清洗；電弧離子鍍是利用金屬離子轟擊工件，對工件加熱的同時對工件進(jìn)行離子轟擊濺射清洗。

③離子沉積.

不同的離子鍍方法在離子沉積時，所使用的源和離化方法不同，具體的設(shè)備不同，沉積的膜層不同，其工藝程序和工藝參數(shù)也不同，因此，應(yīng)根據(jù)具體情況確定沉積的工藝程序和工藝參數(shù)，還應(yīng)注意在整個沉積過程中保持工藝參數(shù)的穩(wěn)定。

多弧離子真空鍍膜機(jī)的由來

我國在真空鍍膜行業(yè)，目前更多的應(yīng)用都集中在裝飾方面，對能有效地提高關(guān)鍵部件使用壽命機(jī)械功能薄膜的制備設(shè)備、工藝及應(yīng)用研究方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外先進(jìn)水平。同時，裝飾鍍方面也逐漸向耐磨和裝飾雙重功能的方向發(fā)展，之前的離子鍍膜機(jī)已體現(xiàn)出不能滿足裝飾鍍要求的問題。本技術(shù)的研發(fā)成功，將打破國內(nèi)高性能機(jī)械功能耐磨減摩薄膜完全依靠國外技術(shù)的被動局面；對提高我國裝備制造業(yè)的技術(shù)水平和真空離子鍍的技術(shù)發(fā)展都是一個非常好的示范作用。另外，將制備的耐磨減摩薄膜應(yīng)用于其它關(guān)鍵部件中，起到了非常好的節(jié)約能源和提高效率的示范作用，可替代部分原來電鍍的工藝，對環(huán)境保護(hù)起到很好的作用。

目前，國際上機(jī)械功能硬質(zhì)薄膜（特別是刀具用膜層）大多采用陰極電弧沉積技術(shù)，但陰極電弧沉積存在的主要技術(shù)問題是所制備的膜層表面不夠光潔，有較多的顆粒，影響應(yīng)用性能；特別是國內(nèi)制造的陰極電弧沉積設(shè)備顆粒問題尤為嚴(yán)重。在此技術(shù)基礎(chǔ)上引入磁過濾技術(shù)，雖可解決表面沉積的顆粒問題，但沉積效率只有原來的1/10左右，并且沉積面積小，從而使生產(chǎn)周期長，制造成本高，不適合大批量鍍膜生產(chǎn)應(yīng)用。而磁控濺射技術(shù)所制備的膜層表面光潔、細(xì)膩，沉積速率適中，能均勻地大面積沉積薄膜。但磁控濺射技術(shù)也存在離化率低（一般在10％），所制備的膜層在硬度、耐磨性及結(jié)合力上不如陰極電弧技術(shù)所制備的膜層；在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)性鍍膜（如TiN、TiO2）時，由于金屬粒子的離化率低、反應(yīng)活性差，必須過量通入反應(yīng)性氣體，造成磁控靶面的毒化（化學(xué)反應(yīng)），引起蒸發(fā)速率急劇降低等一系列雪崩式后果，使得磁控濺射反應(yīng)鍍膜存在著不穩(wěn)定性和不可控性。

真空鍍膜設(shè)備離子鍍的類型及特點

離子鍍是結(jié)合真空蒸鍍和濺射鍍兩種技術(shù)而發(fā)展起來的沉積技術(shù)。在真空條件下，采用適當(dāng)?shù)姆绞绞瑰兡げ牧险舭l(fā)，利用氣體放電使工作氣體和被蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，在氣體離子和被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)產(chǎn)物在基體上沉積成膜。離子鍍的基本過程包括鍍膜材料的蒸發(fā)、離子化、離子加速、離子轟擊工件表面成膜。根據(jù)鍍膜材料不同的蒸發(fā)方式和氣體的離化方式，構(gòu)成了不同類型的離子鍍，下表是幾種主要的離子鍍。離子鍍具有鍍層與基體附著性能好、繞射性能好、可鍍材質(zhì)廣、沉積速率快等優(yōu)點。

表離子鍍的種類及其特點

種類蒸發(fā)源離化方法工作環(huán)境特點用途

直流放電法電阻輝光放電dc:0.1kv～5kv惰性氣體1pa，0.25ma/cm2結(jié)構(gòu)簡單，膜層結(jié)合力強(qiáng)，但鍍件溫升高，分散性差！耐熱，潤滑等鍍件

弧光放電法電子束、燈絲弧光放電dc:100v高真空1.33x10-4pa離化率高，易制成反應(yīng)膜，可在高真空下成膜，利于提高質(zhì)量切削工具、金屬裝飾等鍍件

空心陰極法空心陰極等離子體電子束dc:0v～200v惰性氣體或反應(yīng)氣體離化率高，蒸發(fā)速度大，易獲得高純度膜層裝飾、耐磨等鍍件

調(diào)頻激勵法電阻、電子束射頻電場13.56mhzdc:0.1kv～5kv惰性氣體或反應(yīng)氣體離化率高，膜層結(jié)合力強(qiáng)，鍍件溫升低，但分散性差光學(xué)、半導(dǎo)體等鍍件

電場蒸發(fā)法電子束二次電子dc:1kv～5kv真空不純氣體少，能形成較好的膜電子元件

多陰極法電阻、電子束熱電子dc:0v～5kv惰性氣體或反應(yīng)氣體低速電子離化效果好裝飾、電子、精密機(jī)械等零件

聚焦離子束法電阻聚集離子束dc:0v～5kv惰性氣體因離子聚束，膜層結(jié)合力強(qiáng)電子元件

活性反應(yīng)法電子束二次電子dc:200v反應(yīng)氣體o2、n2、ch4、c2h4等金屬與反應(yīng)氣體組合能制備多種傾倒物膜層電子、裝飾、耐磨等鍍件

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