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。

磁过滤真空弧源沉积技术制备C/C多层类金刚石膜及其摩擦磨损性能研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在S i基体和GCr15基体表面制备了C/C多层DLC膜,通过X射线光电子能谱仪分析薄膜结构特征;用原子力显微镜观察C/C多层DLC膜的表面形貌;采用台阶仪测试薄膜厚度;利用纳米硬度仪测试薄膜纳米硬度;在销盘式摩擦磨损试验机上进行C/C多层DLC膜在大气下的摩擦性能评价,同时比较了单层DLC膜、TiN膜和C/C多层DLC膜的耐磨性能.结果表明:C/C多层DLC膜表面光滑、致密,厚度达0.7μm,硬度高达68 GPa,与S iC球对摩时的摩擦系数为0.10左右,耐磨性明显优于单层DLC膜和TiN膜.

真空弧源沉积类金刚石薄膜及其性能研究

采用真空孤源沉积技术在钛舍金及Si(100)表面合成DlLC薄膜,通入不同的氩气,控制DLC薄膜中的SP3/SP2比值。研究表明,薄膜硬度可达96GPa,随着氩气流量的增加,薄膜的硬度先增加,后有明显降低。随着氩气流量的增加,类金刚石薄膜中,SP2键增加,SP3键减少,而血液相容性明显提高。DLC薄膜具有优异的耐磨性,摩擦系数低,与钛合金基体结合牢固。

沉积温度对脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜性能的影响

利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究了基体沉积温度对DLC薄膜的性能和结构的影响。研究表明,随着沉积温度由100℃提高到400℃,DLC薄膜中sp3键质量分数减少,sp2键质量分数增多,薄膜复合硬度逐渐降低。当DLC薄膜沉积温度达到400℃时,薄膜中C原子主要以sp2键形式存在,与沉积温度为100℃时制备的DLC薄膜相比,薄膜复合硬度降低50％。 DLC薄膜具有优异的耐磨性,摩擦因数低,随着沉积温度由100℃提高到400℃,Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积的DLC薄膜耐磨性降低。沉积温度为100℃时,Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积的DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高。DLC薄膜与不锈钢基体结合牢固。

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。

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 Ti N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Ti N薄膜

磁过滤真空弧源沉积C/C多层复合膜的结构和力学性能研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在不锈钢基体表面制备了C/C多层复合膜,通过X射线光电子能谱、Ra-man光谱对薄膜的结构进行表征;C/C多层膜大气下的摩擦损性能在销盘式摩擦磨损试验机上进行;用洛氏压痕法研究了薄膜与基体的结合强度。结果表明:C/C多层复合膜为类金刚石结构。它与SiC球大气下的摩擦系数为0.10左右,其摩损性能由于多层膜的引入而显著提高。Ti过渡层的引入显著提高了膜基结合力。

低压等离子体弧源离子渗氮

利用低压等离子体弧源离子渗氮技术，在约４００ ℃、４ ×１０ － １ Ｐａ 真空度条件下对奥氏体不锈钢、纯铁进行了低温渗氮表面强化处理。奥氏体不锈钢表面形成的渗氮层由氮在奥氏体中的过饱和单相固溶体组成，具有很高的硬度和良好的耐蚀性。纯铁渗氮层则由化合物层和扩散层组成。

等离子体弧源奥氏体不锈钢低温离子渗扩氮研究

采用低压等离子体弧源离子渗扩氮技术,在350～450℃之间对奥氏体不锈钢进行表面强化,可在表面形成2～15μm厚的含氮奥氏体过饱和层,即“γ_N”相。最大含氮量可达到40％(原子数分数)以上。显微硬度可达到HV_(0.1)1200以上,具有良好的抗蚀性,耐磨性。本工艺具有表面氮浓度高,渗速快,工件表面无弧光放电,表面光洁度好的特点。

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。

真空电弧沉积技术中的弧源设计

讨论了真空电弧沉积中弧源设计的有关问题 ,如电弧运行模式、电弧极性、点火方式、电弧的约束方式以及宏观粒子抑制方式等。分析表明 ,合理选择电弧运行模式和电弧极性 ,以满足涂料粒子蒸发与离化的要求 ;选择合适的弧源结构 ,加强对电弧的约束与烧蚀的控制 ,或用过滤弧源 ,以抑制宏观粒子对涂层的污染 。

不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

本文使用AIP-01型国产多弧离子镀膜设备,采用不同的弧源电流在不锈钢衬底及Si片上制备了TiN薄膜,对其硬度、表面形貌以及摩擦系数等进行了测试,从电弧沉积的物理机制角度详细分析了弧源电流对TiN薄膜表面熔滴的影响,结果表明:随着弧源电流的增大,薄膜沉积速率增大、硬度提高,但薄膜表面熔滴(MP)数量增多、尺寸变大,表面粗糙,摩擦系数增大,因此控制最佳弧源电流来获得最好的薄膜性能是离子镀TiN薄膜的关键问题之一。

直流金属真空弧源沉积Ti-O薄膜在模拟人体液中的耐腐蚀性能研究

采用直流金属真空弧源沉积(DC-MVAD)在316L不锈钢基体上沉积合成了Ti-O系薄膜.在Hank's模拟人体液中,对DC-MVAD合成钛氧薄膜进行了开路电位、电化学极化以及电化学阻抗图谱分析,显示合成薄膜可明显改善在人体环境中的耐腐蚀性能.随着合成氧分压的增加,薄膜的耐蚀能力增强.这主要是由于高O/Ti比的钛氧薄膜具有更为稳定的能量状态、低的孔隙率所致.

大尺寸金刚石膜生长中等离子体弧源的稳定性

保持等离子体弧源稳定性对于制备大尺寸平面金刚石膜极其重要,故从理论和实验两个方面对等离子体弧源稳定性进行了分析。研究表明,为了保持弧源的稳定,必须在生长过程中,保持稳定的电子温度和均匀的活性原子及原子基团密度。金刚石膜在某些条件下长时间生长时,会发生阳极环积碳现象,导致等离子体弧源扰动失稳,从而引起生长的金刚石膜含有石墨杂质。通过预处理阳极环、控制碳源、加大氢气量等措施可保持弧源稳定。在此条件下生长金刚石膜,经SEM,Raman分析表明,其晶粒均匀、晶界清晰,仅有金刚石特征峰出现。

阴极真空弧源沉积氟化类金刚石薄膜的结构与性能研究

采用脉冲磁过滤阴极真空弧源沉积系统(FCVA)在单晶硅基片上制备了含氟量不同的一系列氟化类金刚石膜(a-C:F).重点研究了氟掺杂对非晶态碳基薄膜结构、机械性能和疏水性能的影响.薄膜的成分和结构采用X射线光电子能谱仪(XPS)和激光拉曼光谱(Raman)进行了表征,薄膜表面形貌和粗糙度采用原子力显微镜(AFM)进行了分析.使用纳米压痕仪测量了薄膜硬度,纳米划痕仪测量了膜基结合力.采用躺滴法测量薄膜与双蒸水之间的接触角来评价其疏水性能.结果表明,随着CF4流量的逐渐增加,薄膜的氟化程度逐渐增强,膜中最大氟含量达45.6 at%;薄膜呈典型的类金刚石状结构,但薄膜的无序化程度增强;由于-CFn+的刻蚀,薄膜表面更加致密化、粗糙度逐渐减小.薄膜的机械性能良好,硬度在12GPa以上.薄膜的疏水性能得到增强,与双蒸水之间的最大接触角达106°,接近于聚四氟乙烯(PTFE,110°).

旋转磁控柱状弧源多弧离子镀膜机

本文介绍了旋转磁控柱状弧源多弧离子镀膜机的特点和所镀氮化钛膜的组织。

单片机技术在脉冲磁过滤弧源中的应用

为了解决脉冲磁过滤弧源原有测控系统结构繁琐、抗电磁干扰能力较差等问题,开发了一种以AT89C55WD单片机为核心,以A/D变换、OCMJ8×15B液晶显示屏等器件为辅的硬件结构,并设计了相应的功能软件。实践证明,该系统可靠性好、操作简便,具有较高的应用价值。

多弧离子镀膜机阴极弧源的改进及其工艺的实验研究

本文叙述了对多弧离子镀膜机阴极弧源所做的实验研究，提出了如何降低靶极工作电流、提高靶材利用率、减小蒸发粒子的颗粒度以及提高成膜质量的方法。详细介绍了在我所研制的ＨＬＺ－７５０型八个弧源的多弧离子镀膜机上所做的 ＴｉＮ超硬涂层及装饰涂层的工艺研究及实测结果。

真空电弧源冷却结构对温度场的影响研究

真空电弧离子镀技术是工业界使用最为广泛的表面处理技术之一。在电弧离子镀实际应用过程中,所制备涂层的表面大颗粒仍然是困扰高端制造的一大难题,造成这一现象的根本原因是靶材表面局部过热产生的液滴飞溅。减少液滴产生的有效方法有很多,除降低放电功率密度、提高弧斑运动速度等热端控制技术之外,还包括加强靶材的冷却等。本文将新型冷却结构和弧斑运动引入弧源的数值模型,对弧源内部冷却水的流场和靶材表面的温度场进行模拟分析,研究了不同边界条件下弧源温度场的变化规律。本文的研究结果对真空镀膜机设计与工艺开发具有一定的指导作用。