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多弧离子镀膜技术的主要工艺参数与涂层性能

浏览数:87 发布于:2021-08-08

 由于社会影响涂层质量的因素众多且复杂,研究方法工艺参数与涂层性能分析指标数据之间的关系,以实现涂层性能可以预测和工艺流程优化教学设计,一直是研究者的目标。多弧离子镀的主要工艺参数为基体沉积温度、反应气体压力和流量、靶电流、基体负偏压、基体沉积时间等。研究了多弧离子镀制备碳化钛薄膜的工艺和性能,得到了发展各种生产工艺技术参数对涂层显微硬度和涂层与基体附着力的影响。影响显微硬度的主次顺序为反应气体流速、沉积时间、负衬底偏压和靶源电流。影响涂层/基底结合力的主要和次要顺序是沉积时间、反应气体流速、基底负偏压和目标源电流。采用多弧离子镀方法制备了氮化钛/铜纳米复合镀层。研究了工艺参数对涂层硬度的影响。结果表明,影响显微硬度的因素依次为反应气压、沉积时间、衬底沉积温度和衬底负偏压。
  基体沉积温度直接影响涂层的形成、生长和性能。根据吉布斯吸附作用原理,温度越来越高,基体进行吸附气体杂质越少。因此,一般而言,较高的基体沉积温度有利于涂层的形成和生长,提高沉积速率,改善涂层与基体的结合力,使涂层晶粒长大,表面光滑光亮。但如果温度过高,晶粒会粗大,强度和硬度会降低。采用多弧离子镀技术在高速钢进行表面通过沉积以及氮化钛涂层。研究了 TYN 涂层的表面硬度和涂层在不同沉积温度下对基板的结合力。结果分析表明,在保证基体进行材料不过热的前提下,提高沉积环境温度控制有利于企业提高TiN涂层的性能。最佳沉积温度为500℃时,TiN涂层硬度、涂层/基体结合力和刀具性能均最佳。涂装工具时,为了使涂层与基体牢固学生结合,提高我国涂装环境质量,涂装前应将基体加热到一定工作温度。一般高速钢刀具在500左右,硬质合金刀具在900左右。


  反应气体的压力和流量可以直接通过影响涂层的化学组成成分、微观经济结构和性能。采用多弧离子镀技术在W18Cr4VCo5高速钢基体上制备了TiAlN涂层。研究了N2分压对液滴形成的影响。结果分析表明,随着N2分压的增加,涂层中颗粒和液滴的密度和直径减小,这主要是企业由于发展目标进行表面零中毒,没有学生形成氮化物,从而有效提高了学习材料的熔点。库尔特夫等人指出,随着氮气流量的增加,不仅液滴尺寸会减小,涂层表面的液滴密度也会大大降低,这必然会改善涂层的表面粗糙度。本实验采用多弧离子镀机在LF6基体上制备了钛(碳,氮)/氮化钛多元多层涂层。研究了反应进行气体流量对涂层技术性能的影响。结果表明,随着C2H2流量的增加,钛碳氮涂层中的碳含量增加,涂层硬度可以增加,但韧性变差,表面工作变得更加粗糙。目标源电流的弧斑数量与目标源电流成正比,阴极弧斑数量随着目标源电流的增加而增加,因此更多的弧斑可以增加燃烧稳定性。采用多弧离子镀技术在65Mn钢基体上制备了CrN薄膜。结果分析表明,在一定的靶电流控制范围内,随着靶电流的增加,CrN薄膜的厚度增加。CrN薄膜的厚度可以通过控制目标电流来控制。但对于某一目标,增大目标源电流意味着随着目标整体温度的升高,产生的液滴数量会增加,液滴的大小也会增加。涂层的各项性能会大大降低。一般来说,目标源电流用于装饰涂层时应该较小,而目标源电流在涂覆工具时可以稍大。
  负衬底偏压是多弧离子镀镀膜时不可忽视的工艺参数。当负衬底偏压在镀膜前进行预轰击时,可以去除吸附在工件表面的气体和污染物;在涂覆过程中,向离子可以提供一个能量以使涂层和基底紧密结合。负衬底偏压在离子镀中起着重要的作用。调节负衬底偏压可以调节沉积离子的能量,从而控制涂层的质量。实验研究了负衬底偏压对氮化钛涂层性能的影响。结果表明,随着基底负偏压的增加,涂层表面液滴的密度和直径减小。涂层的显微组织硬度在一定时间范围内可以随着负偏压的增加而增加;涂覆速率并不总是随着负偏压的增加而增加。涂层的孔隙性随着负基板偏置的增加而降低。实验进行研究了脉冲负偏压对TiAlN/TiN多层膜生长和熔滴的影响。结果表明,随着脉冲负偏压峰值的增大,TiAlN/TiN复合涂层的沉积速率先增大后减小。脉冲负偏压对 tialn/tin 复合镀层的表面形貌影响显著。脉冲负偏压峰值越大,液滴密度和直径越小。随着负偏压峰值的增大,溅射产额差异明显增大,镀层中铝元素进行含量可以逐渐发展减少,钛元素含量逐渐开始增加。
  随着沉积时间的增加,涂层的显微硬度先增大后减小。当在特定的沉积参数下进行镀膜时在涂层的生长过程中会出现并积累应力。当应力足够大时,会阻碍企业后续研究材料的成膜,因此提高涂层厚度呈非线性系统增加。随着沉积时间的增加,涂层厚度和微硬度逐渐增加。但是,当沉积作用时间进行过长时,生长环境应力会阻碍企业后续薄膜的到达,从而可以降低沉积速率,增加涂层中晶粒间的应力。测量硬度时,机头压入涂层,涂层因局部力而开裂脱落。压头撞击软基体,硬度测量值降低。随着技术沉积作用时间的延长,涂层与基体的结合力先增大后减小,但沉积以及时间对结合力的影响程度小于对显微组织硬度的影响。


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