温氧化倾向，提高各种刀具工具等耐磨性能可靠性，延长其使用寿命。近几年的研究证明，与已经取得广泛应用的镀层相比，硬质镀层除了有更高的硬度更低的内应力更好的韧性和耐磨性更易厚膜化外，还具有比更好的耐腐蚀性和干式切削性，而且在体系里可到极高的沉积速率。另外，其工艺较易控制，有利于大批量的工业生产更加具有实际意义，因此，镀层是最有希望的替代材料之。本文介绍了硬质镀层制备技术的最新发展状况，阐述了各技术的特点及其优缺点。首先对及其相关技术的发展情况进行了简介，再对技术在硬质镀层领域的应用进行了详述，最后对国内相关产业的发展进行了介绍和总结，同时本文对硬质镀层技术在我国未来的发展提出了展望。关键词硬质镀层化学气相沉积物理气相沉积硬质镀层洛阳理工学院毕业设计论文洛阳理工学院毕业设计论文前言第章化学气相沉积技术第章物理气象沉积技术真空蒸发镀膜技术磁控溅射法镀膜技术电弧离子镀法镀膜技术结论谢辞参考文献洛阳理工学院毕业设计论文前言硬质镀层是高性能防护涂层的发展方向之，世纪年代初以来，对于高温环境中使用的部件，整个硬质镀层市场大约半都被，占据。但最近几年的研究表明，镀层是最有希望的替代材料之，呈银白色，是种难容的硬质化合物，分解温度高，化学稳定性好，镀层与相比，内应力低，韧性好，镀膜中施加偏压可以得到接近非晶的光滑镀层，同时还具有更好的耐腐蚀性，和耐磨损性而且在体系里可达到较高的沉积速率，其覆盖工艺容易控制，有利于大批量工业化生产硬度较低，为左右，膜层可以做的很厚，镀层缺陷少同时它的晶粒结构细小结合力强，化学稳定性高抗热扰动，具有良好的耐磨擦性能，在抗微动磨损上表现尤佳抗氧化温度高达，作为活塞环涂层能降低摩擦因数和磨损量，但镀层脆性比较大，所以镀层目前被广泛应用与磨削成型铸造加工和摩擦机件其良好的抗氧化性能也使之逐步成为制备高速切削刀具刃具的关注热点。硬质薄膜制备，技术和的相关发展进行介绍。洛阳理工学院毕业设计论文第章化学气相沉积技术化学气相沉积，是种热化学反应过程，是在特定的温度和经过特别处理的基体包括硬质合金和工具钢材质表面所进行的气态化学反应。技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压常压等离子体增强以及和等。技术应用于硬质薄膜的制备是由瑞典的公司在上世纪年代末在硬质合金刀具上实现突破的，之后便广泛应用于等硬质薄膜的制备。近年来技术已经取得了重要的技术进展，尤其是技术的发展，如的离子加强化学气相沉积制膜设备，使得温度低于的情况下沉积极端光滑的无定形类金刚石，薄膜成为了可能，薄膜具有极低的摩擦系数非电导性并且具有化学惰性，主要的应用领域包括发动机部件和机械零件由北京有色金属研究院开发的具有自主知识产权，利用射频等离子体增强技术制备磷化硼硬质薄膜，该薄膜成分均匀应力小与工件的附着力良好，具有硬度高机械强度高及红外光学性能优良等特点。然而，技术普遍存在着不易工业化放大的难题。该法般使用挥发性过渡金属卤化物作为前驱体，这类物质不但会污染环境，而且也腐蚀制膜设备的真空系统。前驱体性能不稳定制造困难且类别较少也限制了方法的应用。此外，大多数技术工艺温度较高，容易导致基体力学性能降低及零件变形。由于技术存在着上述不足，硬质薄膜的另类制备方法物理气相沉积技术越来越受到青睐。洛阳理工学院毕业设计论文第章物理气相沉积技术物理气相沉积，是利用种真空物理过程，例如蒸发或者溅射实现物质的转移，即原子或分子由源转移到基体表面上，并沉积成薄膜。它是种能真正获得纳米至微米级薄膜且无污染的环保型表面处理方法，在不影响基体尺寸的情况下，提高表面强度增强耐腐性和摩擦磨损等性能。自从世纪年代以来技术开始广泛应用于薄膜业，随着技术的发展和机械加工行业对硬质薄膜的新要求，当前世界上主要的硬质薄膜设备制造商都采用电弧离子镀技术和磁控溅射技术制备各种硬质薄膜。物理气相沉积主要为蒸发镀膜离子镀膜和溅射镀膜大类。真空蒸发镀膜技术真空蒸发镀膜是发展较早，应用也最广的种涂层技术，目前仍占有世界的市场，但用途范围正在缩小。这种技术是在真空条件下采用电阻电子束等加热镀膜材料，使其熔化蒸发再沉积在合金基体表面形成镀膜。磁控溅射法镀膜技术溅射镀膜是在真空室中，利用荷能离子轰击靶材表面，通过离子的动量传递轰击出靶材中的原子及其它粒子，并使其沉积在合金基体表面形成镀膜的技术。溅射镀膜能实现大面积快速沉积。磁控溅射技术是项较为成熟且被广泛应用于功能性和装饰性镀膜领域的技术。在真空磁控溅射过程中，离子与阴极碰撞使得靶材被溅射出带有的颗粒，其离化率在左右。受制于较低离化率等问题，利用平衡磁控溅射技术难以合成硬度高且表面平滑的硬质薄膜。为此，在改进现有磁控溅射系统的同时，人们逐步开发出新型溅射装置，以下将主要描述利用非平衡磁控溅射技术和洛阳理工学院毕业设计论文离子辅助溅射沉积技术在制备硬质薄膜的领域的应用。非平衡磁控溅射是相对于平衡磁控溅射而言，最早是在年由开发的，它们在溅射源的结构上类似但功能差异却十分显著。在非平衡磁控源装置中，通过调整磁场结构，将磁力线从源表面区域引出来，使溅射源的磁场处于所需要的非平衡状态，如图所示。在磁力线作用下的电子可在远离源表面处形成密集等离子体在反应溅射过程中，形成的等离子体能够活化处于基体附近等离子体区中的反应性气体在离子溅射过程中，基体能够得到离子流轰击。因而该技术在提高膜层表面硬度膜基结合力和沉积速率等方面都有优异的表现。图平衡和非平衡溅射源比较年推出了具有四靶闭合磁场布置的非平衡磁控溅射装置，此后不断改进完善的闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备和工艺技术则完全解决了磁控溅射镀膜所存在问题。闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备的独特之处在于该设备至少包含两个溅射源，这使磁力线可以从个溅射源直接延伸到另个溅射源，形成封闭的磁阱，可有效阻止电子逃逸，从而提高溅射效率和离化率。图为闭合场非平衡磁控溅射系统示意图。膜基结合力磨损和寿命试验结果表明，由设备制备的硬质薄膜具有良好的镀层粘结力高韧性以及抵抗硬材料的刻划能力薄膜具有极高的抗磨损性能刀具寿命极大提高。图为利用的设备在工具刚钻头表面制备薄膜的性能测试结果。洛阳理工学院毕业设计论文图闭合场非平衡磁控溅射系统示意图图涂层钻孔性能公司采用高能离子磁控溅射技术，获得先进的薄膜。该技术可直接将靶材从固态转化为气态，因此可完全避免在采用其它技术例如技术时蒸发材料在熔融状态中以液滴的形式沉积于工件表面的现象，从而使薄膜表面非常光滑平整，薄膜沉积温度也可控制在左右。最新开发的工艺高能离子脉冲是基于双极脉冲原理，可以在的温度下制备高效高性能薄膜，可应用于高速旋转如引擎发动机上的零件，并且在医学领域也有广阔的应用前景。在此基础上开发了涂层，是种致密立方晶格超级氮化物，该薄膜在中等切削条件下加工不锈钢或有色金属，与传统的相比具有明显的优势。研究表明，所属的第Ⅵ族金属和但之间的反应活泼型较低，采用磁控溅射法生成氮化物较为困难。对于和的情况，般会得到和组成的两相涂层。等利用反应溅射法制备的这种两相镀层的硬度在左右比单相的或镀层略低。人们期望得到单相的洛阳理工学院毕业设计论文或的镀层，因为单相的镀层有更高的硬度，因此，获得单相的镀层有重要的实用意义。应用电弧离子镀技术可以较轻易的制备出镀层，切沉积速率快，成膜质量高。电弧离子镀法镀膜技术离子镀技术是在真空蒸镀和真空溅射的基础上于世纪年代初发展起来的新型物理气相沉积技术。电弧离子镀属于离子镀的种改进方法，它是种把弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术，最早由苏联人开发，年代初，美国的公司首先把这种技术实用化，电弧离子镀的蒸发源由水冷阴极磁场线圈引弧阴极等组成阴极材料即使镀膜材料在的真空环境下接通电源并使引弧电极与阴极瞬间接触，在引弧电极离开的瞬间，由于导电面积的迅速缩小，电阻增大，局部区域温度迅速升高致使阴极材料融化，形成液桥导电，最终形成爆发性的金属蒸发，在阴极表面形成局部的高温区，产生等离子体，将电弧引燃，低压大电流的电源维持弧光放电的继续进行。在阴极附表面成许多明亮的移动变化的小点，即阴极弧斑其产生机理如图所示。阴极弧斑是存在于极小空间的高电流密度高速变化的现象。洛阳理工学院毕业设计论文图阴极弧产生机理阴极弧斑的尺寸极小，有关资料测定为，电流密度很高，可达每个弧斑存在的时间很短，在其爆发性的离化发射离子和电子，将阴极材料蒸发后，在阴极表面附近，金属离子形成空间电荷，又建立起弧斑产生的条件，产生新的弧斑，众多的弧斑持续产生，保持了电弧总电流的稳定。阴极材料以每个弧斑离化率蒸发沉积于基体表面形成膜层。阴极弧斑的运动方向和速度受磁场的控制，适当的磁场强度可以使弧斑细小分散，对阴极表面形成均匀刻蚀。电弧离子镀是种典型的高电流可高达数百安培电弧，电弧以等离子体的形式来传输阴极材料，而且离子电流约占弧电流的左右。正因为如此，电弧离子镀技术具有极高的沉积速率。被离化的靶材粒子以至平均能量溅射出来形成高度激发的离子束，在含有惰性气体或反应气体的真空环境下沉积在基体表面，具有高能量的离子束对于提高膜基结合力和打乱膜的柱状晶结构是非常有利的，从而也可大幅度改善膜的组织结构和力学性能。电弧离子镀的基本原理就是把金属蒸发源靶源作为阴极，通过它与阳极壳体之间弧光放电，使靶材蒸发并离化，形成空间等离子体，对工件进行沉积镀覆，它的特点有阴极电弧蒸发源不产生溶池，可以任意设置于镀膜室适当的位置，也可以采用多个电弧蒸发源，提高沉积速率使膜层厚度均匀，并可简化基片转动机。金属离化率高，可达以上，因此镀膜速率高，有利于提高膜基附着性和膜层的性能。弧多用。电弧既是蒸发源和离化源又是加热源和离子溅射清洗的离子源。沉积速度快，绕镀性好。入射离子能量高，膜的致