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PVD涂层技术的概述

时间:2017-09-15 21:33:34  来源:桑尧热喷涂网整理  作者:tianzhongma

    目前使用较多的PVD涂层技术主要有两种:磁控溅射和多弧镀膜。其中采用多弧镀技术制备涂层时,设备的结构比较简单,便于操作,通过电焊机提供电源,使离子蒸发源工作,与电焊具有类似的引弧过程。在工作压强达到一定值时,引弧针与靶材通过反复的接触与断开,使气体产生放电现象。多弧镀膜技术主要是利用弧斑的不断移动,在靶材表面上形成连续的熔池,从而使靶材蒸发成气体,最后再沉积在基体表面上得到不同种类的薄膜。相比之下,多弧镀技术能够高效率地利用靶材,使金属充分地进行离子化,最终得到质量较高的薄膜,并且膜基间具有较强的结合力。除此之外,采用多弧镀技术得到的涂层颜色比较均匀稳定,即使是在不同的基体上镀TiN涂层时,薄膜的颜色也都比较稳定,均为金黄色。诸多的优点都是磁控溅射技术不能相比的,但是多弧镀也存在一些缺点,比如使用传统的直流电源时,在涂层温度较低的情况下,当沉积到0.3μm厚的薄膜时,此时,反射率接近沉积率,因此不容易再继续沉积薄膜,这种情况下,薄膜表面开始逐渐变脆,质量下降。另外,由于金属靶材都是先熔化后蒸发的,所以沉积颗粒较大,薄膜比较疏松,密度较低,与磁控溅射技术相比,涂层的自润滑性相对较差。

    由此可见,多弧镀技术与磁控溅射技术均有各自的优缺点。为了使它们能够彼此互补,最大限度地发挥各自的优势,出现了多弧镀与磁控溅射镀相结合的涂层技术,将两种技术合而为一,先采用多弧镀进行打底之后,再利用磁控溅射技术制备涂层,最后再使用多弧镀技术,利用其优点获得颜色稳定的薄膜。这种方法结合了多弧镀和磁控溅射技术各自的优点,能够获得高质量的表面涂层,是一种比较新颖的涂层技术。

    20世纪80年代中后期,热阴极磁控等离子镀膜技术和热阴极电子枪蒸发离子镀技术应运而生,并且具有很好的作用效果,由此TiN涂层刀具得到了快速发展。热阴极电子枪蒸发离子镀的工作原理是:采用铜坩埚加热金属基体材料,使其熔化,利用电子枪提高强离子化率,使用这种涂层技术获得的TiN薄膜单边厚度为3~5μm,并且具有很好的结合强度和耐磨性能,即使是在表面进行打磨,都难以使涂层脱落。这种方法比较适合用来制备TiN或纯金属涂层,如果想要掺杂其他元素进行多元涂层或复合涂层,这些设备就无法保证薄膜的质量,涂层后的刀具不易对一些硬度较高的材料进行高速切削加工,对于形状复杂的模具来说,也难以满足其多样化的应用要求。

 


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