多弧離子PVD鍍膜設備工藝及應用離子鍍基本工藝流程主要是工件的預熱,離子轟擊濺射清洗,離子沉積;影響離子鍍膜層質量的工藝參數主要是基片偏壓,鍍膜真空度和反應氣氣體分壓,基片溫度,蒸發源功率。
(1)離子鍍基本工藝流程
①工件的預熱.
一般的離子鍍方法使用烘烤加熱裝置對工件進行加熱,而熱陰極離子鍍則是利用等離子電子束轟擊工件;電弧離子鍍是利用金屬離子轟擊工件,對工件加熱,達到預熱的目的,有時電弧離子鍍也采用輔助烘烤加熱裝置對工件進行預熱。
②離子轟擊濺射清洗.
一般離子鍍的離子轟擊濺射清洗是基片施加負偏壓,利用輝光放電產生的氬離子轟擊基片,對基片進行離子轟擊濺射清洗,而熱陰極離子鍍是利用等離子電子束轟擊輔助陽級,氬離子轟擊基片進行離子轟擊濺射清洗;電弧離子鍍是利用金屬離子轟擊工件,對工件加熱的同時對工件進行離子轟擊濺射清洗。
③離子沉積.
不同的離子鍍方法在離子沉積時,所使用的源和離化方法不同,具體的設備不同,沉積的膜層不同,其工藝程序和工藝參數也不同,因此,應根據具體情況確定沉積的工藝程序和工藝參數,還應注意在整個沉積過程中保持工藝參數的穩定。
(2)影響離子鍍膜層質量的工藝參數
①基片偏壓.
離子鍍膜基片施加負偏壓后;各種離子和高能中性粒子流以較高的能量轟擊基片表面.基片負偏壓的提高,會使基片表面獲得更高的能量,可能形成偽擴散層,提高膜層與基體的附著力,還可以改變膜層的組織、結構和性能,如細化晶粒,圖2表明,隨著基片負偏壓的提高,膜層組織變細,但是,基片負偏壓的提高也會產生一些不利的影響,如反濺射作用的增加,使膜層表面受到刻蝕,使表面光潔程度降低,圖3表明了空心陰極離子鍍鉻時,基片負偏壓對鉻膜表面光澤度的影響,基片負偏壓的提高還會使沉積速率降低,使基片溫度升高,圖4表明了電弧離子鍍tin膜基片負偏壓對沉積速率的影響,因此,應根據不同的離子鍍方法、不同的膜層及使用要求選擇適當的基片負偏壓。
②鍍膜真空度和反應氣體分壓.
離子鍍膜真空度對膜層組織、性能的影響與真空蒸鍍時的影響規律相似,但反應氣體分壓對反應離子鍍鍍制化合物膜的成分、結構和性能有直接的影響,圖5是hcd離子鍍tin膜的硬度與氮氣分壓的關系,因此反應氣體的分壓應根據離子鍍方法,化合物膜層的成分、性質、使用要求以及設備來選擇
③基片溫度.
離子鍍膜基片溫度的高低直接影響著膜層的組織、結構和性能。一般情況下,溫度的增高有利于提高膜層與基片的附著力,有利于改善膜層的組織與性能。但是,溫度過高,則會使沉積速率降低,有時還會使膜層晶粒粗大,性能變壞;圖6中hcd離子鍍鉻膜顯微硬度受基片溫度影響的規律。另外,基片溫度的選擇還要受基片材料性質的限制,如鋼材的回火溫度等
④蒸發源功率.
蒸發源功率對蒸發速率有直接的影響,進而影響沉積速率,影響膜層的組織、性能,對反應沉積化合膜時蒸發源功率也將影響膜層的成分。
為了獲得所需性能的膜層,應綜合分析、考慮各種因素,迭擇鍍膜方法和確定合理的鍍膜工藝參數。
關鍵詞:真空鍍膜機 多弧離子PVD鍍膜設備
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