双辉渗金属放电效应及电极结构设计原理

介绍了双层辉光离子渗金属技术的基本原理和技术特点,源极、阴极及辅助阴极设计的基本原则,离子渗金属的两种放电模式及其产生的效应,总结了渗金属电极几何结构设计原理.双层辉光离子渗金属技术主要有3个技术特点:固体材料的阴极溅射、形成有利溅射和扩散的高温条件和增加等离子放电的空心阴极效应.其放电模式为:独立放电模式和空心阴极放电模式.源极和阴极设计原则依据双层辉光离子渗金属的特点和放电模式,为"仿形"原则.     

第二十讲 真空离子镀膜

正(接2020年第4期第96页)13.6负偏压对膜沉积过程的影响13.6.1直流偏压真空阴极电弧离子镀一般配置直流负偏压电源。它的正极接镀膜室壳(阳极接地),其阴极连接在基片(工件)上。其负电压从0～-1000V可调,构成对阴极电弧源(靶)和电弧放电等离子体负电位。正是带负偏压基片在等离子体中,     

等离子表面冶金技术的现状与发展

双层辉光离子渗金属技术已成功地在普通碳钢表面形成高速钢、其中包括时效硬化高速钢、不锈钢以及镍基合金等；该技术已成功地应用于手用锯条和机用锯条，使其齿部形成高速钢，锯条不仅具有高速钢的切削性能，而且柔韧不断;钛合金表面经离子渗钼等工处理后，Ti6Al4V的耐磨性得到大幅度提高;经离子渗铌等工艺处理后，TiAl金属间化合物的抗高温氧化性能明显改善。在双层辉光离子渗金属技术的基础上，又发展了加弧辉光离子渗金属，双辉钎焊技术，双阴极辉光放电超硬薄膜合成技术，以及陶瓷表面金属化和异性材料焊接技术等。     

离子镀技术中基板偏压作用的研究

本文进行了离子镀机理的研究。用俄歇电子谱仪测定了不同工艺的离子镀膜与基板界面的过度层；用急冷忽热试验法评定了不同工艺的离子镀膜与基板间的结合力，用扫描电镜观察了不同离子镀基板偏压的膜层组织形貌。通过实验证明了离子镀中基板偏压有着以下几点重要作用：加基板偏压可以清除基板表面的氧化物污染层，直流二极型离子镀可以使固态不互溶金属组成的膜－基界面形成“伪扩散层”，其膜－基界面结合力比空心阴极离子镀膜－基结合力高；直流二极型离子镀随着基板偏压的提高可以细化膜层织组、消除柱状晶，提高镀层致密度。     

脉冲偏压磁过滤电弧离子沉积(Ti,Al)N薄膜的研究

利用脉冲偏压磁过滤电弧离子沉积技术在不同负偏压下制备了(Ti,Al)N薄膜,通过扫描电子显微镜、XP-2台阶仪、纳米压痕仪和X射线衍射仪分别测试分析了脉冲偏压与磁过滤共同的作用对薄膜的微观结构、成份、薄膜厚度、显微硬度和晶体结构的影响规律。实验结果表明,在基体上施加脉冲偏压和在电弧蒸发源上使用磁过滤技术,可改善所制备薄膜的组织结构、提高其综合力学性能。通过对在不同负偏压下所制备的样品的综合力学性能的测试分析可得出:在负偏压为200V时制备的样品综合力学性能最好。     

TiAl合金表面等离子渗铬工艺

用双层辉光离子渗金属技术,在TiAl合金表面渗入铬元素,形成合金层。研究了温度、气压、源极电压、阴极电压等工艺参数对渗层成分、厚度及显微组织的影响。结果表明,在源极电压700V、阴极电压450-280V、极间距18mm、试样温度1050℃、工作气压25Pa和保温时间4h的工艺参数条件下,渗铬层厚度可达60μm,渗层成分呈梯度分布,表面硬度明显提高。     

弧光放电氩离子清洗源

弧光放电氩离子清洗源是提高膜基结合力的新技术。由空心阴极枪、热丝弧枪、阴极电弧源发射的高密度弧光电子流把氩气电离,用得到的高密度的氩离子流清洗工件。工件偏压200V以下,工件偏流可以达到10A-30A,弧光放电氩离子流密度大,对工件的清洗效果好。本文介绍了几种配置弧光放电氩离子清洗源的电弧离子镀膜机和磁控溅射镀膜机。     

脉冲阴极弧金属等离子体源的调试及其应用

对脉冲阴极弧金属等离子体源的工作参数进行了测量,研究了离子流与磁导管偏压以及磁场电流与离子流之间的关系,确定了其最佳工作参数.并应用该脉冲阴极弧金属等离子体源和等离子体浸没离子注入与沉积技术制备了TiC薄膜.对改性层的显微硬度、摩擦磨损性能和膜基结合力进行了测试分析.结果表明:合成TiC薄膜后,试样的显微硬度、摩擦磨损性能得到了明显的改善,并且膜层与基体之间的临界载荷为36.03 N.     

双层辉光离子渗金属电极结构的研究

通过对双层辉光离子渗金属技术的基本电极结构研究认为：电极结构可分为平板型、空心阴极型、不等电位空心阴极型和复合型等四种形式；通过实验证实，管状零件内表面离子渗金属的电极结构是正确的。     

离子镀Ti1-xAlxN涂层的形貌及力学性能研究

采用多弧离子镀和磁过滤阴极电弧离子镀技术制备了Ti1-xAlxN涂层.研究了工艺参数对用Ti:Al=1:1的TiAl合金靶制备的Ti1-xAlxN涂层表观颜色的影响,以及以获得深色Ti1-xAlxN涂层为目的时工艺参数对涂层性能的影响.结果表明:不同工艺参数对Ti1-xAlxN涂层表观颜色的影响大小依次为基体偏压,真空度,沉积温度,霍尔离子源功率;离子镀Ti1-xAlxN涂层的膜基结合力较好,在脉冲偏压-150V、直流偏压-15V附近有硬度最高,在较高真空度、较高沉积温度、较高基体负偏压下制备的Ti1-xAlxN涂层的磨擦学性能较好.     

采用电子回旋共振微波等离子体增强的溅射沉积薄膜技术

利用高等离子体密度、高电子温度和高离化率的ＥＣＲ微波等离子体增强二极溅射、磁控溅射反应沉积金属氮化物薄膜。实验结果表明，ＥＣＲ微波等离子体具有降低薄膜沉积温度，提高薄膜沉积速率和改善薄膜质量的作用。特别是采用基片施加脉冲负偏压的ＥＣＲ微波等离子体源离子增强反应磁控溅射沉积技术，设备成本低，工艺方法简单，可获得与离子束增强沉积相近的对薄膜结构和特性的改性作用，可制备高质量金属氮化物薄膜。     

采用电子回旋共振微波等离子体增强的溅射沉积薄膜技术

利用高等离子体密度、高电子温度和高离化率的ECR微波等离子体增强二极溅射、磁控溅射反应沉积金属氨化物薄膜。实验结果表明，ECR微波等离子体具有降低薄膜沉积温度，提高薄膜沉积速率和改善薄膜质量的作用。特别是采用基片施加脉冲负偏压的ECR微波等离子体源离子增强反应磁控溅射沉积技术，设备成本低，工艺方法简单，可获得与离子束增强沉积（IBAD）相近的对薄膜结构和特性的改性作用，可制备高质量金属氢化物薄膜。     

脉冲真空放电离子密度的测量

由于采用脉冲放电沉积技术能够克服连续电弧离子镀沉积时产生的液滴及负偏压放电的缺点，特别是它在镀制类金刚石薄膜中显示出来的独特性能：不含氢和硬度高，使其在薄膜沉积技术中越来越受到广大研究者的重视。为了更深入地研究薄膜的沉积工艺和薄膜性能之间的关系，迫切需要对脉冲真空放电等离子体的微观参数进行深入透彻的研究，如离子密度及其空间分布等。本文介绍了测量脉冲真空电弧离子源离子密度的方法，并采用该方法测量了脉冲真空电弧离子源离子密度及其空间分布，分析和研究了影响离子空间分布的各种参数。     

低温等离子体技术在金属防护中的应用

低温等离子体技术作为一种涂层制备和表面改性的方法在金属防护中有着广泛的应用。对不同低温等离子体工艺,包括等离子体热喷涂、等离子体化学气相沉积、离子渗氮、双辉光离子渗金属、等离子体微弧氧化等在金属防护中的应用、研究进展以及存在的问题进行了综述。     

脉冲偏压对等离子体沉积DLC膜化学结构的影响

以乙炔为气源，用等离子体基脉冲偏压沉积（plasma based pulsd bias deposition缩写PBPBD）技术进行了不同负脉冲偏压条件下制备DLC膜的试验，通过X射线光电子谱（XPS）、激光喇曼光谱[Raman]以及电阻分析方法考察了负脉冲偏压幅值对DLC膜化学结构的影响，结果表明由-50kV到-10kV随负脉冲偏压降低，DLC膜中SP^3键分数单调增加，但当脉冲偏压为0时形成高电阻的类聚合物膜，说明荷能离子的轰击作用形成DLC化学结构的必要条件，键角混乱度和SP^2簇团尺寸与脉冲偏压之间不具有单调关系，在中等幅值负脉冲偏压条件下，键用混乱度较大且SP^2簇团尺寸细小。     

阴极电弧离子镀膜技术的进步

阴极电弧离子镀膜技术是国内外沉积工模具硬质膜层的主要技术。在高新技术产品和高端制造业需求的推动下,阴极电弧离子镀膜技术得到了长足的进步。本文介绍了阴极电弧离子镀膜技术的原理和特点,重点分析了阴极电弧源、硬质膜层性能和工件清洗技术等方面的进展,并对未来的发展进行了展望。     

辉光等离子体形成TiN/Ti复合渗镀层的研究

利用双层辉光离子渗金属技术和空心阴极效应,在低碳钢表面形成TiN/Ti复合渗镀层.用LEC图像分析仪、M-400-H1、GDA750型辉光放电光谱成分分析仪和WS-97型发射划痕分析仪进行检测.结果表明:TiN/Ti复合渗镀层厚度约7μm左右;表面Ti含量达65%,N含量达18%,Ti和N原子按一定的重量百分比呈梯度分布;渗镀层表面形貌是均匀致密细小的胞状物组织,表面越粗糙,胞状组织也粗大,反之则细小;表面硬度在1600～3000Hv之间;渗镀层与基体是冶金结合,不仅具有高硬度而且膜基结合强度也非常好.     

多层难熔金属的刻蚀工艺技术研究

分析了用反应离子刻蚀(RIE)系统刻蚀多层难熔金属的可行性.研究了用下电极表层为阳极氧化铝的RIE完整刻蚀Au/Pt/TiW/Ti四层金属时氧化铝在Ar/SF6和Ar/CF4等离子体中对聚合作用的影响.通过实验发现,下电极表面的氧化铝经氩离子溅射会参与化学反应并加剧SF6等离子体中的聚合作用,形成大量聚合物.而在CF4等离子体中,下电极氧化铝的影响较小,聚合作用较弱,有利于多层难熔金属的刻蚀.提出了用Ar/CF4/CF4 O2完整刻蚀Au/Pt/TiW/Ti四层金属的三步刻蚀工艺技术.应用三步刻蚀工艺技术刻蚀具有微细图形、多层难熔金属的器件芯片,获得了良好的刻蚀效果.     

偏压对阴极电弧离子镀AIN薄膜的影响

在不同基体负偏压作用下,用阴极电弧离子镀等离子体物理气相沉积（PVD）方法在单晶Si(100）基片上获得六方晶系的晶态AIN薄膜。用X射线衍射仪分析了沉积膜的物相组成和晶格位向随偏压的变化。在扫描电子显微镜（SEM）下观察沉积膜的显微组织形貌。结果表明,在较小偏压下,AIN膜呈（002）择优取向,表面致密均匀;在较大偏压下,AIN膜呈（100）择优取向,表面形貌则粗糙不平,AIN薄膜的择优取向及表面形貌受到不同偏压下不同离子轰击能量的影响。     

真空阴极电弧制备TiAlN涂层的硬度及摩擦学性能研究

采用真空阴极电弧制备了TiAlN涂层,研究了N2气压和基体负偏压对涂层硬度的影响规律,分析了涂层的致硬机理,探讨了硬度对摩擦学性能的影响。结果表明,N2降低入射离子能量,降低增原子扩散,导致晶粒细化;基体负偏压增大入射离子能量,导致涂层致密化并依次出现(200)、(111)、(220)、(200)择优取向。TiAlN涂层的硬度受Ti、Al、N原子间键能,生长面择优取向及晶粒显微组织的影响,其中最薄弱因素起决定作用。摩擦学性能研究表明,高硬度TiAlN涂层易形成磨粒磨损,摩擦系数和磨损率高;低硬度TiAlN涂层易发生粘着磨损,摩擦系数和磨损率低。