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PVD 涂层的基本概念及其特点

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PVD 涂层的基本概念及其特点
PVD 是英文‘Physical Vapor Deposition’的缩写形式,意思 是物理气相沉积。大家现在一般地把真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀等都称为物理气相沉积。
较为成熟的 PVD 方法主要有多弧镀与磁控溅射镀两种方式。多弧镀设备结构简单,容易操作。它的离子蒸发源靠电焊机电源 供电即可工作,其引弧的过程也与电焊类似,具体地说,在一定工艺气压下,引弧针与蒸发离子源短暂接触,断开,使气体放电。由于多弧镀的成因主要是借助于不断移动的弧斑,在蒸发源表面上连续形成熔池,使金属蒸发后,沉积在基体上而得到薄膜层的,与磁控溅射相比,它不但有靶材利用率高,更具有 金属离子离化率高,薄膜与基体之间结合力强的优点。此外,多 弧镀涂层颜色较为稳定,尤其是在做 TiN 涂层时,每一批次均 容易得到相同稳定的金黄色,令磁控溅射法望尘莫及。多弧镀的不足之处是,在用传统的 DC 电源做低温涂层条件下,当涂层厚度达到0.3μm 时,沉积率与反射率接近,成膜变得非常困难。而且,薄膜表面开始变朦。多弧镀另一个不足之处是,由于金属是熔后蒸发,因此沉积颗粒较大,致密度低,耐磨性比磁控溅射法成膜差。
可见,多弧镀膜与磁控溅射法镀膜各有优劣,为了尽可能 地发挥它们各自的优越性,实现互补,将多弧技术与磁控技术合而为一的涂层机应运而生。在工艺上出现了多弧镀打底,然后利用磁控溅射法增厚涂层,最后再利用多弧镀达到 最终稳定的表面涂层颜色的新方法。
大约在八十年代中后期,出现了热阴极电子枪蒸发离子镀、热阴极弧磁控等离子镀膜机,应用效果很好,使TiN 涂层刀具很快得到普及性应用。其中热阴极电子枪蒸发离子镀,利用铜坩 埚加热融化被镀金属材料,利用钽灯丝给工件加热、除气,利用电子枪增强离化率,不但可以得到厚度 3~5μm的TiN 涂层,而且其结合力、耐磨性均有不俗表现,甚至用打磨的方法都难以除去。但是这些设备都只适合于 TiN涂层,或纯金属薄膜。对于多 元涂层或复合涂层,则力不从心,难以适应高硬度材料高速切 削以及模具应用多样性的要求。
目前,一些发达国家(如德国 CemeCon、英国 ART-TEER、 瑞士 Platit)在传统的磁控溅射原理基础上,用非平衡磁场代替原先的平衡磁场、50KHz 的中频电源代替原来的直流电源、脉冲电源取代以往的直流偏压,采用辅助阳极技术等,使磁控溅射技术逐步成熟,已大批量应用在工模涂层上,现在已稳定生产的涂层主要有 TiAlN、AlTiN、TiB2、DLC、CrN,我国浙江 广东、江苏、贵州、株洲等地也已陆续引进此种设备,大有星火燎原之势。

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