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什么工艺参数影响氮化钛涂层的附着力?

浏览数:59 发布于:2021-10-18

氮化钛涂层是一种硬度高、耐腐蚀、应用广泛的PVD涂层。上个世纪投入实际使用,已经使用了很长时间,主要用于刀具等耐磨耐腐蚀零件。然而,涂层的弱附着力一直困扰着研究者。涂层附着力弱会导致不同涂层与基体材料之间的剥离和开裂,使氮化钛涂层失效,无法得到保护管理工具。所以在准备过程中要注意这个问题。钛氮化物涂层常用的制备方法是多弧离子电镀技术和磁控溅射技术。在这里,奥尔边肖将与大家分享在制备过程中哪些工艺参数影响氮化钛涂层的附着力。
  一、电弧电流对涂层附着力的影响
  随着靶电流的增加,氮化钛涂层与基体的结合力在一定时间范围内可以增加。当电流为85A时,涂层附着力为42N。当电弧电流为95A时,涂层附着力为50N。当电弧电流为105A时,附着力增大到75N。当电弧电流为120A时,涂层的附着力降低到63 N。
  经分析,当电弧产生电流效率较低时,溅射的钛离子进行数量相对较少,能量水平较低,成核率较低,结构不致密。钛原子需要远距离扩散才能覆盖整个衬底,薄膜与衬底的结合较差。当电弧电流通过增大时,溅射的钛离子进行数量多、能量高、成核率高,微观经济结构发展趋于致密。钛原子可以覆盖整个基体表面而不发生长程扩散,涂层晶粒小,与基体表面原子的结合强度高。但当电弧电流继续增大时,涂层表面出现过多的熔滴,降低了涂层的强度和硬度,导致涂层附着力下降。
  氮化钛涂层
  二、沉积温度对涂层附着力的影响
  随着环境温度的升高,氮化钛涂层与基体的结合力在一定时间范围内可以提高。当温度为150和200时,涂层的附着力约为45N,当温度为250时,附着力为48N,当温度为300时,附着力下降到40N左右。
  经分析,沉积环境温度低时,钛原子具有活性低,成核率低,涂层材料表面形成致密性差,缩孔多,内应力大,涂层与基体的结合工作强度差,随着技术沉积过程中温度的升高,钛原子活性可以增加,扩散发展能力不断增加,成核率增加,涂层表面结构致密性增加,缩孔减少,内应力降低,涂层与基体的结合不同强度逐渐增加。但当沉积环境温度可以超过4Cr13不锈钢的回火温度(250)时,基体材料硬度达到降低,不能对涂层能够起到强支撑发展作用,导致涂层附着力下降。


  第三,偏压对涂层附着力的影响
  偏压对涂层附着力的影响企业可以通过概括为:随着偏压的增加,一方面沉积的颗粒对基体材料表面的原子有很强的轰击作用,有利于涂层与基体表面的结合,甚至没有形成伪过渡层,从而能够提高以及涂层的附着力;另一重要方面,在涂层之间形成发展过程中,由于我国高能粒子的不断轰击,涂层的晶粒变小,成核密度明显增加,使得这些涂层在薄的情况下我们可以实现连续成膜,从而达到提高产品涂层的附着强度。当偏压过高时,衬底会过热,镀层与基体之间的界面应力过大,不利于高能离子沉积,严重的二次溅射会降低镀层的附着力。这些是工艺技术参数进行影响氮化钛涂层附着力的相关研究内容。从上面可以看出,电弧电流、沉积温度和偏压对氮化钛涂层的附着力有很大的影响。在制备研究过程中,要注意这三个主要参数,以保证氮化钛涂层的附着力足够强,起到环境保护重要作用。态锐仪器是一家专注于CVD和ALD薄膜沉积技术,集装备设计制造与应用工艺开发为一体的科技型高新技术企业。致力于先进薄膜封装领域,为显示、新能源、微电子、医疗等领域的客户提供从研发到量产不同阶段的设备和技术解决方案。


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