高功率脉冲磁控溅射技术制备ta-C膜及性能改性研究

硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行观察,通过拉曼和XPS对其结构进行研究,通过纳米压痕对其硬度进行表征,通过纳米划痕对薄膜的结合力进行研究并通过摩擦磨损试验对薄膜的耐磨性进行探究。结果表明,通入C2H2气体可有效改善ta-C薄膜的结构、硬度、结合力和耐磨性能。改变C2H2流量可调控ta-C薄膜的性能,随着C2H2流量的逐渐增大,薄膜的各项性能呈现先增大后减小的趋势,当C2H2流量为15 cm^(3)/min时,薄膜的各项性能都达到较为优异的结果,ta-C薄膜厚度达655.9 nm,硬度提高到43.633 GPa,结合力提升到19.2 N,此时sp3键含量为70.19%,ta-C薄膜表面均匀、致密,且性能优良。

高功率脉冲磁控溅射技术沉积硬质涂层研究进展

高功率脉冲磁控溅射技术是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术，它利用较高的脉冲峰值功率（超出传统磁控溅射2～3个数量级）和较低的脉冲占空比（0．5％～10％）来实现高金属离化率（〉50％），在获得优异的膜基结合力、控制涂层微结构、降低涂层内应力、控制涂层相结构等方面都具有显著的技术优势．本文从高功率脉冲磁控溅射技术的原理出发，探讨了高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势，介绍了10多年来高功率脉冲磁控溅射技术在刀具涂层界面优化、高性能硬质涂层沉积、复合高功率脉冲磁控溅射技术制备纳米多层/复合硬质涂层和氧化物涂层沉积、低温沉积等方面的研究进展．

2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议(重庆)通知

以高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)为代表的高离化磁控溅射技术作为一种新的物理气相沉积技术,可以明显提高薄膜结构可控性,进而获得优异的薄膜性能,在国内外研究领域和工业界受到了广泛关注和重视。为推动该技术的进步,国际上已经形成了HiPIMS Today等一系列的国际会议对该技术放电机理、脉冲形式、等离子体输运与诊断、以及薄膜/涂层沉积与应用等多个方面进行专题研讨,为其发展与应用带来了蓬勃动力!

《材料保护》“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏征稿启事

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)作为一种新型PVD技术,因其离化率高,且易于实现致密、光滑、大面积均匀的高质量薄膜制备,备受国内外研究学者的广泛关注。为进一步推动高功率脉冲磁控溅射技术领域的发展,借助“2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议”召开的契机,西南大学孙德恩教授和《材料保护》编辑部于近期共同策划出版“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏,旨在征集该技术领域的最新研究论文和综述。

2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议成功召开

2023年10月20~22日,由中国机械工程学会表面工程分会主办,西南大学材料与能源学院承办的“2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议”在重庆成功召开。此次会议采取线上线下相结合的方式进行,众位嘉宾共话HiPIMS技术的发展与未来。会议场面热烈,共吸引了190多位行业领域内人士现场参会。会议开幕式由哈尔滨工业大学田修波教授主持,中国机械工程学会表面工程分会主任委员、大连理工大学雷明凯教授代表主办方对到会的代表表示欢迎。

2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议(重庆)通知

以高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)为代表的高离化磁控溅射技术作为一种新的物理气相沉积技术,可以明显提高薄膜结构可控性,进而获得优异的薄膜性能,在国内外研究领域和工业界受到了广泛关注和重视。为推动该技术的进步,国际上已经形成了HiPIMS Today等一系列的国际会议对该技术放电机理、脉冲形式、等离子体输运与诊断、以及薄膜/涂层沉积与应用等多个方面进行专题研讨,为其发展与应用带来了蓬勃动力!

《材料保护》“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏征稿启事

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)作为一种新型PVD技术,因其离化率高,且易于实现致密、光滑、大面积均匀的高质量薄膜制备,备受国内外研究学者的广泛关注。为进一步推动高功率脉冲磁控溅射技术领域的发展,借助“2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议”召开的契机,西南大学孙德恩教授和《材料保护》编辑部于近期共同策划出版“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏,旨在征集该技术领域的最新研究论文和综述。

高功率脉冲磁控溅射技术的发展与研究

高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)作为一种溅射粒子离化率高、可以沉积致密、高性能薄膜的新技术已经在国外广泛研究,但在国内尚未见研究报道。本文介绍了近十年来HPPMS技术在电源、脉冲形式、放电行为和薄膜沉积等方面的研究进展。在HPPMS过程中,粒子随脉冲开关通过电子冲击和电荷交换电离,并按照双极扩散理论向基体附近传输,离子能量分布随工作气压的不同而呈现不同的分布特征。这些放电特征有利于获得更宽的工艺范围和优异的膜层性能,最后介绍了我们实验室在HPPMS方面的研究工作。

复合高功率脉冲磁控溅射技术的研究进展

高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)是一门新兴的高离化率磁控溅射技术。概述了HIPIMS的技术优势,包括高膜层致密度和平滑度、高膜基界面结合强度以及复杂形状工件表面膜层厚度均匀性好等。同时归纳了HIPIMS存在的问题,包括沉积速率及低溅射率金属靶材离化率低等。在此基础上,重点综述了近年来复合HIPIMS技术的研究进展,其中复合其他物理气相沉积技术的HIPIMS,包括复合直流磁控溅射增强HIPIMS、复合射频磁控溅射增强HIPIMS、复合中频磁控溅射增强HIPIMS、复合等离子体源离子注入与沉积增强HIPIMS等;增加辅助设备或装置的HIPIMS,包括增加感应耦合等离子体装置增强HIPIMS、增加电子回旋共振装置增强HIPIMS,以及增加外部磁场增强HIPIMS等。针对各种形式的复合HIPIMS技术,分别从复合HIPIMS技术的放电行为、离子输运特性,及制备膜层的结构与性能等方面进行了归纳。最后展望了复合HIPIMS技术的发展方向。

高功率脉冲磁控溅射技术制备纳米级ZrO_(2)薄膜的高耐腐蚀性

高质量的金属氧化物薄膜在航天航空、海洋船舶等极端环境下的关键部件有着广泛的应用需求,但传统制备技术易导致薄膜疏松多孔,产生空隙裂纹等缺陷,高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)已被证明是一种有效制备无空洞和无弧滴致密薄膜的有效方法。通过 HiPIMS 技术在不锈钢表面制备超薄致密 ZrO_(2) 薄膜,重点研究不同 O_(2)流量下耐腐蚀性能的调控规律。 通过扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱仪(XPS)、X 射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、纳米压痕仪(Nano Test P3)、电化学设备(CS300)等对 ZrO_(2)薄膜的表面形貌、物相结构、力学性能、耐腐蚀性能等方面进行研究。研究结果显示, 在 O_(2)流量为 40 mL/ min 时,ZrO_(2) 薄膜的纳米硬度 H 最高为 26.38 GPa,弹性模量 E 为 290.9 GPa;同时,在电化学腐蚀试验中,其自腐蚀电流密度 Icorr达到 45.802 pA / cm^(2) ,与 304L 不锈钢相比降低了 4 个数量级;电化学阻抗谱(EIS)显示,随 O_(2)流量的增加,容抗弧半径、低频区阻抗值和相角均随之不断增大,进一步表明 O_(2) 流量为 40 min / mL 制备薄膜的耐腐蚀性能最优。通过 HiPIMS 技术能够制备出高质量的 ZrO_(2) 薄膜,其高耐腐蚀性对基体起到了强效的防护作用,对防腐薄膜的研究和应用具有一定参考价值。

高功率脉冲磁控溅射技术的离子(粒子)特性及其对薄膜组织结构的影响

作为电离物理气相沉积法(I-PVD)家族的新成员,高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS/HiPIMS)由于其较高的电子密度及金属离化率,自发现以来即受到了国内外专家的广泛关注。从高功率脉冲磁控溅射过程中金属离化率的角度出发,对高功率脉冲磁控溅射技术的离化机制、离化率定义进行了概述。在此基础上,重点综述了近些年来常用的离化率测量方法,包括等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、质谱仪法、多栅式石英微天平法、正电压沉积法等,并比较了各方法之间的优劣。进一步归纳了影响离化率的关键因素,如靶材功率、脉宽、频率、占空比、峰值电流等电学参数以及靶材种类、气体压力、磁场等非电参数。最后,针对离化率对薄膜性能的影响等方面的研究进展进行了综述,分别讨论了离化率对薄膜组织结构、斜入射沉积及均一性的影响,并概述了离化率对薄膜性能的不利影响。该文旨在为更好地调控并优化溅射过程中的离子特性提供借鉴,为制备性能优异的薄膜提供理论基础。

高功率脉冲磁控溅射技术制备掺氮类金刚石薄膜的磨蚀性能

掺氮类金刚石薄膜在生物应用中很有前景,研究其摩擦和腐蚀的协同作用有很大的实际意义.论文使用高功率脉冲磁控溅射(high-power impulse magnetron sputtering,HiPIMS)技术,在奥氏体不锈钢和单晶硅片上以Ar气和氮气为前驱气体,室温下制备了致密的掺氮类金刚石薄膜.使用配备三电极电化学池的往复型摩擦磨损试验机,在Hank’s平衡盐溶液中研究了不同靶脉冲持续时间制备的薄膜的摩擦腐蚀性能,并在滑动之前、期间和之后监测了薄膜的开路电位(open circuit potential,OCP).电化学工作站用于表征摩擦前薄膜的电化学行为.结果表明:60μs制备的掺氮类金刚石薄膜展示了优异的耐磨蚀性能,其摩擦系数最低(0.05)且在摩擦阶段OCP显示了最高的稳定值(39 mV),这主要归功于其致密的结构和较大的表面能;而90μs下制备的薄膜由于可以形成交联结构的sp^3键含量明显下降,从而导致薄膜孔隙率增加,薄膜的抗腐蚀性下降,在磨蚀过程中由于电解液在孔隙的腐蚀使得薄膜/基体的界面结合强度减弱,在摩擦的综合作用下,薄膜脱落,发生失效.

HiPIMS——高功率脉冲磁控溅射技术

硬度、韧性和附着力是加工高硬度材料、高速和干式切削刀具PVD（物理气相沉积）涂层最重要的特征。随着被加工材料的发展和提高，特别是超硬及难加工材料、容易应力硬化的材料以及具有低热导性的材料，刀具涂层除了具有上述性能外，还需有较高的热稳定性和氧化稳定性。为此，

2019高功率脉冲磁控溅射技术与应用会议第一轮通知

高功率脉冲磁腔溅射技术(HiPIMS)作为一种利用高脉冲峰值功率和低脉冲占空比实现高离化率的溅射沉积薄膜新技术,可以控制膜层的微结构、降低膜层内应力、提高膜层致密度和膜基结合力,获得性能优异的薄膜,在国内外研究领域和工业界受到了广泛关注和重视。

高功率脉冲磁控溅射技术

HIPIMS＋技术可以生产出菲常光滑．致密且无缺陷的涂层。该技术能调节残余应力从而得到更高的硬度，

2021高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议通知(第一轮)

以高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)为代表的高离化磁控溅射技术作为一种新的物理气相沉积技术,可以明显提高薄膜结构可控性,进而获得优异的薄膜性能,在国内外研究领域和工业界受到了广泛关注和重视。为推动该技术的进步,国际上已经形成了HiPIMSToday等一系列的国际会议对该技术放电机理、脉冲形式、等离子体输运与诊断、以及薄膜/涂层沉积与应用等多个方面进行专题研讨,为其发展与应用带来了蓬勃动力!中国机械工程学会表面工程分会作为全国性的学术组织。

阴极弧蒸发和高功率脉冲磁控溅射TiAlN涂层的性能研究

为对比研究阴极弧蒸发(CAE)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)两种工艺对TiAlN涂层结构、硬度、热稳定性及抗氧化性能的影响,本文采用两种方法制备了成分相同的Ti_(0.38)Al_(0.62)N涂层,使用能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪分析了涂层的成分、微观结构、力学性能、热稳定性和抗氧化性。两种涂层均呈面心立方结构;CAE涂层呈现大量的“液滴”缺陷,而HiPIMS涂层表面质量更优;CAE涂层硬度(~32.7GPa)略高于HiPIMS涂层(~31.8 GPa);HiPIMS涂层具有更高的热稳定性,CAE涂层在800℃达到硬度最高值~36.2 GPa,而HiPIMS涂层在900℃硬度达到最高~34.3 GPa,且随温度的升高,CAE涂层硬度下降更快。HiPIMS涂层表现出更好的抗氧化性能,在800℃氧化30 h后,CAE和HiPIMS制备的两种涂层的氧化层厚度分别为~630.7 nm和~589.3 nm。

溅射电压对高功率脉冲磁控溅射Cu箔微观结构及性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)工艺制备出铜(Cu)箔,研究了溅射电压对Cu箔微观结构和性能的影响。结果表明:在溅射电压700~950V范围内,Cu箔均呈现出明显的(111)晶面择优取向,其晶粒尺寸在27.7~36.5nm之间,相对密度在96.1%~98.5%之间,明显优于普通直流磁控溅射制备的Cu箔;随着溅射电压的增大,Cu箔由韧性逐渐向脆性转变,其电阻率逐渐降低至2.38μΩ·cm,接近纯Cu的本体电阻率。

靶电流对高功率脉冲磁控溅射WS_(2)-Ti固体润滑涂层微观组织及力学性能的影响研究

过渡金属硫化物涂层的耐磨性能与其微观结构、力学性能有关,而其结构与溅射能量有关。高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)具有离化率高和沉积能量高的特性,其沉积能量受控于靶电流。采用HiPIMS技术,通过改变Ti靶电流制备了WS_(2)-Ti涂层,并利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪表征涂层的微观组织结构和力学性能。分析结果表明,采用HiPIMS制备WS_(2)-Ti涂层可以有效细化晶粒并抑制其柱状生长,所制备的涂层结构致密且以非晶态为主;随着靶电流的增加,可进一步细化WS_(2)-Ti涂层晶粒,提高其致密度;涂层硬度随靶电流的增大呈先上升再下降的趋势,而其约化弹性模量先下降再上升;相应塑性因子H/E_(r)和H_(3)/E_(r)^(2)先变大后变小,在靶电流为50A时达到最高。

高功率调制脉冲磁控溅射沉积TiAlSiN纳米复合涂层结构调控与性能研究

采用高功率调制脉冲磁控溅射Al/（Al＋Ti）原子比（x）分别为0.25、0.5和0.67的TiAlSi合金靶,溅射功率1～4kW,氮气分压25%,工作气压0.3Pa,在Si（100）和AISI304奥氏体不锈钢基片上沉积了TiAlSiN纳米复合涂层。TiAlSiN涂层中氮含量保持在52.0at%～56.7at%之间,均形成了nc-TiAlN/a-Si3N4/AlN纳米晶/非晶复合结构。随着原子比x增加,非晶含量增加,涂层硬度先升高而后降低。当x=0.5时,硬度最高可达28.7GPa。溅射功率升高可提高溅射等离子体中金属离化程度,促进涂层调幅分解的进行,形成了界面清晰的非晶包裹纳米晶结构,且晶粒尺寸基本保持不变。当x=0.67时,溅射功率由1kW上升到4kW时,硬度由16.4GPa升至21.3GPa。不同靶材成分和溅射功率条件下沉积的TiAlSiN涂层的磨损率为（0.13～6.25）×10^-5mm^3/（N·m）,具有优良的耐磨性能。当x=0.67,溅射功率2kW时,nc-TiAlN/a-Si3N4纳米复合涂层具有最优的耐磨性能。