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。

多模式旋转磁场对电弧离子镀弧斑放电的影响分析

电弧离子镀工艺中,弧斑的放电形式、运动速率、运动方式的控制对于减少以至消除大颗粒的发射至关重要。本文采用自主研发的机械式旋转磁控弧源,围绕三种不同模式的旋转磁场下弧斑的放电行为及规律进行了研究,并从弧斑放电的物理机制出发,分析讨论了不同模式的旋转磁场对阴极斑点运动的影响机理。研究结果表明,多模式旋转磁场可以有效提高弧斑的运动速度、扩大放电面积、降低放电功率密度、减少大颗粒的发射,同时还能够大幅度提高靶材的利用率,拓展电弧离子镀的应用。

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。

轴对称磁场对电弧离子镀TiN薄膜结构及摩擦性能的影响

利用轴对称磁场增强电弧离子镀工艺制备TiN薄膜,对薄膜表面大颗粒尺寸、数量及大颗粒与薄膜的面积比进行了分析统计,研究了轴对称磁场横向分量强度对薄膜表面大颗粒尺寸和数量、薄膜组织结构及摩擦性能的影响,结果表明,随着轴对称磁场横向分量强度的增加,大颗粒的尺寸和数量大幅度减少,不同尺寸大颗粒的形貌差别很大,TiN薄膜的(111)择优取向增强,薄膜的晶粒尺寸减小且分布均匀:同时,薄膜的摩擦系数及其随时间的波动减小,耐磨性增强.

电弧等离子体辅助渗氮处理Cr12MoV钢的组织结构及硬度

采用不同温度对Cr12MoV钢进行电弧等离子体辅助渗氮处理。采用X射线衍射(XRD)分析渗氮层的相组成,采用扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜分别观察渗氮样品表面形貌及横截面形貌,利用显微硬度计测试渗氮层的硬度分布。结果表明:实验钢渗氮层的结构由CrN+γ'-Fe4N+ε-Fe3N的化合物层及由含氮马氏体相α-Fe(N)组成,渗氮层的厚度随处理温度的升高而增加。渗氮处理后能明显提高Cr12MoV钢基体的显微硬度。