旋转横向磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响

研究了旋转横向磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响规律,采用有限元分析软件FEMM对旋转横向磁场的分布进行了模拟,考察了不同频率(80~210 Hz)及电磁线圈励磁电流对弧斑运动的影响。从电弧斑点放电的物理机制出发,探讨了不同频率和磁场线圈电流对电弧离子镀弧斑运动的影响机制。结果表明,随着旋转横向磁场强度和频率的提高,使弧斑逐渐从聚集的斑点态(或者弱分散的团絮态)转变为大面积分布在靶面较强的分散弧斑絮线,最后转变为完全分布在整个靶面的强分散弧斑线,弧斑分裂强烈,产生的弧光等离子体更加均匀细腻。随着瞬态弧斑线在靶面分布面积的增加,弧压增加,弧电流密度急剧下降,靶材利用率达到85%以上。旋转横向磁场的应用,带来了弧斑大面积稳定放电、等离子离化率、密度及靶材利用率大幅度提高的多重效应。     

多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计

采用有限元模拟对多模式交变耦合磁场进行了优化设计,介绍了多波形电磁线圈控制电源的原理,并对按此原理制作的电源进行了测试,分析讨论了不同波形励磁电流条件下磁场对于弧斑运动的影响,提出了一种多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计原理及方案。研究表明:轴对称发散磁场有推动弧斑向外扩展的趋势,轴对称拱形磁场将弧斑约束在固定的轨道,反极性聚焦导引磁场有约束弧斑在靶材中心的趋势,多模式反极性动态聚焦导引磁场与轴对称发散磁场或者拱形磁场叠加,可形成动态的拱形耦合磁场,动态的控制弧斑运动,改善弧斑放电状态,减少颗粒发射;在聚焦磁场引导下,等离子体稳定的传输,同时可以增强等离子体的粒子碰撞机率,提高离化率和离子密度。反极性动态聚焦导引磁场线圈由多波形电磁线圈控制电源驱动,可输出频率、幅值单独可调的直流及直流偏置的三角波、矩形波、馒头波、正弦波及其他形式的交变电流,实现对弧斑的多种模式控制。     

电弧离子镀的旋转横向磁场弧源设计

电弧离子镀工艺中电弧蒸发产生的大颗粒污染严重影响了所沉积涂层的性能.为了从源头上解决大颗粒难题,本文提出了一种新的旋转横向磁场的设计思路,通过频率和强度可调且覆盖整个靶面的旋转横向磁场控制弧斑的运动.通过有限元模拟磁场的分布,对旋转横向磁场控制的电弧离子镀弧源进行了优化设计.并根据方案制作了旋转磁场发生装置及其电源,使该弧源的旋转磁场具有多模式可调频调幅的功能,用以改善弧斑的放电形式,提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率,减少靶材大颗粒的发射,用以制备高质量的薄膜以及功能薄膜,以拓展电弧离子镀的应用范围.     

电弧离子镀弧斑运动对膜层质量影响分析

随着薄膜材料在现代工业中的广泛应用,电弧离子镀技术已成为制备功能性膜层的重要方法,在航空航天方面主要面向于功能表面改性、复合材料表面金属化等领域。本文采用磁场控制电弧离子镀靶材表面的弧斑运动,在Ti靶上验证了弧斑在不同磁场下的运动状态,分析了弧斑的运动速度及运动范围。在五种磁场情况下制备Ti N膜层,通过扫描电镜、能谱分析仪、台阶仪、X射线衍射仪等对Ti N膜层的表面形貌、微观结构、成分元素、膜层厚度等进行了分析。结果发现,当磁场控制弧斑均匀地分布在整个Ti靶面,且弧斑运动速度加快时,膜层表面大颗粒数最少,膜层最厚,晶体择优生长方向为（111）晶面。     

多弧离子镀中磁场控弧技术的研究进程与展望

对多弧离子镀中控弧磁场技术及其在改善弧斑运动特性方面的应用进行了介绍。以静态控弧磁场和复合动态控弧磁场为基础,对横向磁场/轴向磁场分解、锐角法则及其具体应用进行了详细分析,进而讨论了不同结构控弧磁场的优势和局限性。最后指出了控弧磁场技术目前存在的问题和今后重点研究的方向。     

多模式旋转磁场对电弧离子镀弧斑放电的影响分析

电弧离子镀工艺中,弧斑的放电形式、运动速率、运动方式的控制对于减少以至消除大颗粒的发射至关重要。本文采用自主研发的机械式旋转磁控弧源,围绕三种不同模式的旋转磁场下弧斑的放电行为及规律进行了研究,并从弧斑放电的物理机制出发,分析讨论了不同模式的旋转磁场对阴极斑点运动的影响机理。研究结果表明,多模式旋转磁场可以有效提高弧斑的运动速度、扩大放电面积、降低放电功率密度、减少大颗粒的发射,同时还能够大幅度提高靶材的利用率,拓展电弧离子镀的应用。     

多弧离子镀设备阴极电弧蒸发源工作稳定性的研究

多弧离子镀技术近年来发展极为迅速，已生产出多种类型的多弧离子镀设备并已投产使用。设备中阴极电弧蒸发源工作性能的好坏直接影响到产品质量。本文在大量实验的基础上对蒸发源的工作稳定性，进行了探讨、研究，分析其影响因素和原因，并提出一些解决办法。     

电弧离子镀弧源的研制进展

电弧离子镀作为一种经典的PVD技术已经在涂层领域得到了长足的发展,但沉积过程中产生的宏观大颗粒问题限制了其在纳米功能涂层中的应用.弧源作为电弧离子镀膜设备的核心部件,是宏观大颗粒产生的源头,直接决定镀膜系统的成膜质量.阐述了三类不同靶材形式传统弧源的特点,分析总结了近年来新型弧源研究和应用现状,综述了新型弧源在控弧磁场...     

轴对称磁场对电弧离子镀TiN-Cu纳米复合膜性能的影响

在电弧离子镀靶后端加入轴对称线圈磁场,制备了TiN-Cu纳米复合膜。观察线圈磁场强度对靶表面电弧斑点游动速率和弧柱形状的影响,及其对沉积薄膜的表面形貌、沉积速率、纳米压痕硬度和弹性模量的影响。结果表明,提高线圈磁场强度可提高电弧斑点的游动速率,进而降低靶表面金属液滴喷射几率,减小沉积薄膜中大颗粒的尺寸和数量。X射线衍射(XRD)谱显示,沉积薄膜只含有TiN相,未出现金属Cu或其化合物的衍射峰;薄膜呈现明显的(111)晶面择优取向。随着线圈磁场强度的提高薄膜沉积速率、压痕硬度和弹性模量先增加,达到最大值后又略有减少,其最大硬度和弹性模量分别达到35.46GPa和487.61GPa。     

多弧离子镀技术

为了提高离子镀的离化率,人们做了许多尝试。现在应用较多的有RF法、HCD法、弧光放电法[1]、多弧法。 多弧法是 1981年美国的 Multi—Arc公司和 Vac—Tec公司把它实用化的。主要应用在高速钢和超硬合金制的切削工具或成型工具的 TiN耐磨层。也用在螺钉的耐蚀层;戒子、表带的装饰膜等。 一、多弧离子镀的原理与特点 1.多弧离子镀的基本原理 多弧离子镀是把真空弧光放电用于蒸发源的涂层技术。也称真空弧光蒸镀法[3]。蒸镀时由于放电,阴极表面上出现许多非常小的弧光辉点。如前所述,把它实用化的美国 Multi—Arc公司的翻译名就有多弧的…     

磁场对电弧离子镀深管内壁沉积TiN薄膜的影响

用电弧离子镀设备在一端封口的Φ50 mm×200 mm×5 mm不锈钢深管内壁上沉积TiN薄膜,镀膜前在管子上方布置一个0.4 T的永磁体,以考察附加磁场对深管内壁沉积TiN薄膜的影响。对薄膜的厚度、表面形貌、相结构、显微硬度等随管子深度的变化进行了分析与测试,结果表明,薄膜的厚度及显微硬度都随管子的深度而下降,但在距管开口处前120 mm范围内下降明显慢于未加磁场的,说明磁场对内孔沉积具有促进作用;按照显微硬度不低于20 GPa划分,本实验的镀膜深径比达到了2.0,比未加磁场时提高了40%。     

轴向磁场对电弧离子镀TiN/Cu薄膜性能的影响

使用加可调轴向磁场的电弧离子镀设备在不锈钢基体上制备TiN/Cu薄膜,研究了轴向磁场强度对薄膜微观结构、化学成分、力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,在不同强度的磁场下TiN/Cu薄膜具有相同的TiN结构,且以沿TiN(111)面的择优取向为主。随着磁场强度的提高(111)面衍射峰的强度逐渐提高、TiN/Cu薄膜表面的粗糙度先降低后提高、薄膜中Cu的含量逐渐提高、硬度和弹性模量也逐渐提高、薄膜的磨损率先降低后提高。当磁场强度为80 Gs时薄膜的硬度达到约为36 GPa的最大值,耐磨性能最高。     

多弧离子镀弧源靶工作条件对氮化钛薄膜中钛液滴的影响

本文研究了阴极靶弧电流大小、阴极靶表面热弧斑运动轨迹的电磁场控制、以及阴极靶脉冲弧沉积对多弧离子镀TiN薄膜中Ti液滴的影响。通过优化镀膜参数,可以有效地减少Ti液滴的数量和尺寸,提高TiN薄膜／工件基体之间的结合力。     

多弧离子镀沉积过程中等离子体参数对薄膜沉积的影响

采用平面探针测试了衬底附近的电流密度，弧电流和衬底偏压的增加均有助于增加到达衬底附近的离子的数量。弧电流增加引起村底的温升，衬底偏压对衬底温度影响较小。采用多弧离子镀技术沉积Cr-N薄膜，衬底偏压对薄膜的硬度影响较小；弧电流增大，薄膜的硬度随之降低。XRD分析表明，弧电流较高时，不利于Cr—N相的形成，薄膜中以Cr的宏观液滴为主，薄膜硬度较低。     

多弧离子镀Ti-W-N多元多层膜的研究

采用Ｔｉ／Ｗ复合靶,用多弧离子镀技术沉积了Ｔｉ－Ｗ－Ｎ多元多层膜,并对其组织结构与性能进行了研究,结果表明：在本试验我元膜的结构形式为（Ｔｉ,Ｗ）２Ｎ最佳多层膜的结构形式为基体／Ｔｉ／ＴｉＮ／（ＴＹｉｙＷ１－ｙ）Ｎ／（Ｔｉ,Ｗ）２Ｎ,并具有较高的显微硬度和极低的孔隙率,在８００℃具有很好的抗氧化性能,在沉积过程中存在着多元合金膜层与复合靶的成分离析现象,这与靶材的结构有关。     

弧电流对多弧离子镀TiAlN涂层表面形貌和性能的影响

为优化TiAlN涂层的沉积参数,采用多弧离子镀技术在不同弧电流条件下于锆合金表面制备TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、高温热处理炉、划痕仪和X射线衍射仪分析弧电流对TiAlN涂层表面形貌、元素成分、高温抗氧化性、膜基结合力及物相结构的影响。结果表明:随着弧电流的升高,TiAlN涂层表面大颗粒数目逐渐增多,但涂层变得更加致密、孔隙率逐渐降低;弧电流为70 A时所制备的涂层高温抗氧化性能最好;膜基结合力随着弧电流的增加呈现出先增大后减小的趋势,弧电流为60 A时所制备的涂层膜基结合力最大,为32 N;弧电流为50 A时,涂层中物相Ti3AlN在(111)晶面、物相AlN在(100)晶面表现出择优取向。     

电磁场氮分压等对多弧离子镀TiN的影响

本文在不同工艺条件下，利用扫描电镜、Ｘ射线衍射仪，Ｍ－２００磨损机以及显微硬度计等，对多弧离子镀ＴｉＮ涂层的表面形貌组织结构以及性能进行了分析研究，揭示了电磁场氮分压对ＴｉＮ镀层的综合影响。     

多弧离子镀TiN涂层结合力的影响因素

选择Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２、３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ和ＧＣｒ１５等材料研究了多弧离子镀ＴｉＮ涂层也基体的结合力。结果表明,基体表面粗造度越小、硬度越高,支与基体的结合力越好,涂层厚度以２．５～３．５μｍ为最佳,含Ｖ量高的基体和具有强烈ＴｉＮ（１１１）择优取向的除层结合力好。     

多弧离子镀与离子渗中影响光电温度计测温因素的研究

在多弧离子镀和离子渗金属中影响光电温度计测量精度的因素很多，本文通过大量试验、定性和定量的研究了诸因素，得出了校对光电温度计的线性回归方程。在实际测量中，取ε＝０．２能较准确地测量出工件的真实温度。受弧光亮度的影响。光电温度计的指示值高出工件温度６５～７０℃。对于渗 Ｔｉ和渗１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ的工件表面，其辐射性能相似。对于镀ＴｉＮ和渗Ｔｉ的工件表面利用光电温度计测温时，其指示值相差５℃。透过光学石英玻璃测量时，光电温度计指示值比工件低１７℃，而透过普通玻璃测量时，其指示值比工件温度低６５～８０℃。