应用于工具镀膜的磁场辅助离子镀弧源及其放电特性分析

针对几种应用于工具镀膜的磁场控制的电弧离子镀弧源,分析了其结构、工作原理以及弧斑运动、放电特性;比较了不同磁场辅助受控弧源的靶结构及磁场位形,并讨论了对弧斑运动、放电及镀膜工艺的影响;对磁场控制的电弧离子镀弧源的发展进行了展望。     

过滤电弧抑制薄膜中颗粒机理的实验分析

讨论利用直线型过滤电弧制备TiAlN薄膜中,过滤磁场作用于弧斑、靶中毒现象,电子和离子的回流和叠加偏压等因素影响作用的大小进行了实验分析.结果表明,磁场对弧斑分裂和弧斑运动速度的综合作用最为显著是由于直线型过滤电弧形成的瓶颈磁场造成的电子和离子的回流,以及直流叠加脉冲偏压形成的放电空间的等离子体磁撞,分解和离化的所起的共同作用的结果.这对于控制电弧离子镀沉积薄膜中的颗粒尺寸和颗粒密度,指定合理的工艺参数有一定的指导作用.     

柱形靶电弧离子镀系统的研究

柱形靶电弧离子镀系统是在吸收了平面靶电弧离子镀系统高电离率、高沉积速率等优点的基础上,又综合了柱型磁控溅射系统装炉量大、设备结构简单等优点而研制出的一种新型镀膜技术。柱形阴极靶置于真空室的中央,弧斑在绕柱靶表面高速旋转的同时,可人为地控制弧斑沿柱靶表面往复运动。因而靶面刻蚀均匀,镀膜均匀区宽。通过控制弧斑的移动速率,可细化膜层组织,减少熔滴。被镀工件置于阴阳极之间,只作自转,无需公转。不仅简化了工件架的结构,而且对不同尺寸的工件可以混装。在制备氮化钛超硬薄膜时,沉积速率可达4～8μm/h。     

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.     

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。     

真空阴极电弧离子源磁场分析与设计

真空阴极电弧离子源是多弧离子镀膜设备的核心部件,直接影响镀膜系统的整体性能。真空阴极电弧离子源在工作时,大液滴发射是阻碍电弧离子镀技术广泛深入应用的瓶颈问题。合理设计并利用磁场可以很好地控制弧斑运动,大幅度地减少液滴、减小液滴尺寸、提高膜层质量和使用寿命。对真空阴极电弧离子源的附加磁场进行了理论分析和仿真计算,为附加磁场的优化设计提供了重要的指导依据。     

(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能

采用多弧离子镀技术和Ti-Al合金靶及Zr单质靶的组合,在高速钢基体上制备了(Ti,Al,Zr)N多元N梯度硬质反应膜.分别用扫描电镜、X射线衍射仪观察测定(Ti,Al,Zr)N梯度膜膜层的表面、断面形貌、成分以及相结构,研究了(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能.结果表明,与TiN、(Ti,Al...     

电弧离子镀中真空电弧稳定性控制方法

电弧离子镀技术中真空电弧的工作稳定性对于制备高质量的涂层至关重要。本研究通过在一系列工艺条件下开展电弧离子镀镀膜实验,研究和分析了电弧离子镀中磁场、靶面污染物、靶面温度、靶面尺寸和形貌、维弧电流以及工作气体种类和压力对真空电弧稳定性的影响,从而得出了提高电弧稳定性的控制方法。     

电磁场对电弧离子镀沉积AlTiN涂层的影响

主要研究电磁场对电弧离子镀沉积AlTiN涂层的影响。通过改变电磁场的电压,研究阴极弧斑在不同电磁场下的运动现象以及AlTiN涂层的微观结构和力学性能。结果表明阴极弧斑的运动受磁场电压的影响。增加磁场电压,弧斑更多的在电弧靶中心区域聚集。AlTiN涂层的大颗粒分布、沉积速率、微观结构和硬度相应地受电磁场电压的影响。文章对相关机理进行了研究。     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制备及力学性能研究

采用多弧离子镀技术并使用合金靶Ti-Al-Zr制备(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜。利用扫描电镜、X衍射仪对(Ti,Al,Zr)N膜层表面、断面形貌、成分、结构进行观察测定;系统考察了沉积工艺对(Ti,Al,Zr)N膜层质量、膜/基附着力和硬度的影响;并对膜层抗热震性进行了研究。通过与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Zr)N等硬质膜进行比较,发现采用Ti-Al-Zr合金靶制备的(Ti,Al,Zr)N多元梯度膜有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4000 HV,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜/基附着力大于200 N,同时对沉积工艺有较强的适应性。     

同轴旋转封闭场电弧离子镀的研究

同轴旋转封闭电弧离子镀设备兼有平面电弧离子镀和同轴磁控溅射的优点，它在同轴靶上建立电弧放电，并采用旋转封闭磁场将电弧斑约束在长腰形的磁环隙内作螺旋运动，随磁路系统旋转而在阴极靶表面上产生旋转的电弧放电。靶处在镀膜室中央，结构简单，膜层均匀、操作方便。工件架安装在阴、阳极之间，其只需自转、无需公转、工件装载量多。利用本设备在手表表壳上镀制氮化钛膜层，其工艺重复性好，膜层与基体结合牢固，且靶材利用率高     

多弧离子镀(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬梯度膜的结构及性能

(Cr,Ti,Al,Zr)N梯度膜性能优异。采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶在高速钢表面制备(Cr,Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜,利用扫描电镜、能谱、X射线衍射仪、硬度计、划痕仪对膜层形貌、成分、结构、硬度、附着力进行分析,并通过热震性能试验考察了膜层的抗热震性能。结果表明:制备的膜层为面心立方结构,择优生长取向为(220)面;与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Cr)N,(Ti,Al,Zr)N等硬质膜相比,制备的(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜具有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4400HV,膜/基附着力大于200N,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜层中N含量梯度可有效减少应力集中,Cr,Al含量的增加有利于提高膜层抗热震性能;负偏压对膜层硬度影响较大,对膜层成分、结构、抗热震性能影响较小,对膜/基附着力基本无影响。     

Al/Ti摩尔比对(CrTiAl)N硬质膜相结构和硬度的影响

采用多弧离子镀技术,设计沉积工艺和调整阴极弧源靶组合以及对应的弧源电流,制备出以CrN为基形貌和厚度相同、A1/Ti摩尔比不同的系列(CrTiAl)N硬质膜.测试膜的成分、组织形貌、相组成和表面硬度,研究了A1/Ti摩尔比对其相结构和硬度的影响.结果 表明:不同A1/Ti摩尔比的(CrTiAl)N膜其相组成相同,都呈现...     

真空阴极弧离子镀类金刚石碳（DLC）膜的碳弧稳定性研究

选用氩气、氩气加氢气、氩气加乙炔等气体作为介质，石墨作为靶材进行真空阴极弧离子镀来制备类金刚石碳膜。石墨电弧有其独特的电弧特性曲线，不同气体介质对碳弧特性的影响不同，磁场的大小对电弧的稳定性有很大作用，碳弧下基片偏流随电弧电压的增加而减小，试验得到表面光滑的类金刚石碳（DLC）膜，对膜的表面进行了SEM分析。     

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。     

梯度Ti1-xAlxN膜层的的制备与工艺性能

采用多弧离子镀技术交互沉积工艺,使用合金靶与纯Ti靶在齿轮材料40Cr基体表面实现梯度Ti1-xAlxN膜层的制备,通过研究不同x值时梯度Ti1-xAlxN膜层的表面形貌、组织结构及膜层显微硬度、结合力等性能,探求较优的工艺参数配比。结果表明,在工艺参数相同的条件下,不同x值,梯度Ti1-xAlxN膜层厚度相差不大;显微硬度先随x值的增大而先增大后降低;结合力随x值的增大而降低,x值为0.67时梯度Ti1-xAlxN膜层综合性能最优。     

柱弧离子镀和非平衡磁控溅射镀制备Ti-N-C黑色硬质膜

采用柱弧离子镀和中频孪生靶非平衡磁控溅射镀膜技术制备了Ti-N-C多层复合黑色硬质膜.采用轮廊仪扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、显微硬度计等手段研究了所得膜层的各项性能.结果表明,两种工艺都可以获得颜色较深的黑色硬质膜,柱弧离子镀制备黑色硬质膜的效率高、力学性能更好;中频孪生靶非平衡磁控溅射制备的黑色硬质膜表面光滑、颜色更深.     

金属组元配比对(ZrTiAl)N膜相组成和硬度的影响北大核心CSCD

采用多弧离子镀技术制备了不同金属组元配比的(ZrTiAl) N硬质反应膜,进而考查金属组元配比对(ZrTiAl) N硬质反应膜的相组成和硬度的影响规律。为保证(ZrTiAl) N膜层中Zr、Ti、Al组元含量配比的规律性变化,对膜层沉积过程中弧源靶及电流分别进行了设定。通过扫描电镜进行(ZrTiAl) N膜层表面形貌和断面形貌观察及成分测定。X射线小角度衍射方法用于膜层相结构测试分析。采用VICKERS 402 MVD硬度仪测定膜层的表面硬度。所制备的(ZrTiAl) N膜层保持了膜层表面形貌、断面形貌以及膜层厚度的一致性。(ZrTiAl) N膜层均为单一固溶体型(ZrTiAl) N面心立方相组成,具有单一的(111)面择优生长取向,其点阵常数随金属组元配比的变化基本符合Vegard定律。在金属组元配比的较大变化范围内,(ZrTi Al) N膜层的相组成和择优生长取向未改变,均具有较高的硬度。在以Zr N为基的(ZrTiAl) N膜层中,Ti N和Al N的含量较大并且接近相等时,膜层容易达到硬度极大值。     

金属组元配比对(ZrTiAl)N膜相组成和硬度的影响

采用多弧离子镀技术制备了不同金属组元配比的(ZrTiAl) N硬质反应膜,进而考查金属组元配比对(ZrTiAl) N硬质反应膜的相组成和硬度的影响规律。为保证(ZrTiAl) N膜层中Zr、Ti、Al组元含量配比的规律性变化,对膜层沉积过程中弧源靶及电流分别进行了设定。通过扫描电镜进行(ZrTiAl) N膜层表面形貌和断面形貌观察及成分测定。X射线小角度衍射方法用于膜层相结构测试分析。采用VICKERS 402 MVD硬度仪测定膜层的表面硬度。所制备的(ZrTiAl) N膜层保持了膜层表面形貌、断面形貌以及膜层厚度的一致性。(ZrTiAl) N膜层均为单一固溶体型(ZrTiAl) N面心立方相组成,具有单一的(111)面择优生长取向,其点阵常数随金属组元配比的变化基本符合Vegard定律。在金属组元配比的较大变化范围内,(ZrTi Al) N膜层的相组成和择优生长取向未改变,均具有较高的硬度。在以Zr N为基的(ZrTiAl) N膜层中,Ti N和Al N的含量较大并且接近相等时,膜层容易达到硬度极大值。     

铀表面非平衡磁控溅射离子镀Ti基薄膜的组织结构与腐蚀性能

金属铀的化学性质十分活泼,极易发生氧化腐蚀。本文采用磁过滤多弧离子镀在金属铀表面制备Ti过渡层,然后采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了Ti、TiN单层膜及Ti/TiN多层薄膜,以期改善基体的抗腐蚀性能。采用X射线衍射、极化曲线、盐雾腐蚀试验对镀层的结构、表面形貌、抗腐蚀性能进行了分析。结果表明,采用磁控溅射在金属铀表面制备一层Ti/TiN多层膜后,多层膜界面较清晰,大量的界面可终止柱状晶的生长,细化晶粒,提高镀层的致密性,有效地改善了基体的抗腐蚀性能。