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PVD工艺你了解多少呢?

来源:长辰实业  日期:2019-07-05

真空涂层技术的发展 


一、真空涂层技术起步时间不长,国际上在上世纪六十年代才出现将CVD(化学气相沉积)技术应用于硬质合金刀具上。由于 该技术需在高温下进行(工艺温度高于 1000oC),涂层种类单一,局限性很大,因此,其发展初期未免差强人意。 


二、到了上世纪七十年代末,开始出现 PVD(物理气相沉积) 技术,为真空涂层开创了一个充满灿烂前景的新天地,之后在短短的二、三十年间PVD 涂层技术得到迅猛发展,究其原因,是因为其在真空密封的腔体内成膜,几乎无任何环境污染问题,有利于环保;因为其能得到光亮、华贵的表面,在颜色上,成熟的有七彩色、银色、透明色、金黄色、黑色、以及由金黄色到黑色之间的任何一种颜色,可谓五彩缤纷,能够满足装饰性的各种需要;又由于 PVD 技术,可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层,应用在工装、模具上面,可以使寿命成倍提高,较好地实现了低成本、高收益的效果;此外, PVD 涂层技术具有低温、高能两个特点,几乎可以在任何基材上成膜,因此,应用范围十分广阔,其发展神速也就不足为奇。真空涂层技术发展到了今天还出现了PCVD(物理化学气相沉积)、MT-CVD(中温化学气相沉积)等新技术,各种涂层设备、各种涂层工艺层出不穷,如今在这一领域中,已呈现出百花齐放,百家争鸣的喜人景象。 


三、与此同时,我们还应该清醒地看到,真空涂层技术的发展又是严重不平衡的。由于刀具、模具的工作环境极其恶劣,对薄膜附着力的要求,远高于装饰涂层。因而,尽管装饰涂层的厂家已遍布各地,但能够生产工模涂层的厂家并不多。再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺,到目前为止,国内大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等),而且,它还要求工艺技术人员,除了精通涂层的专业知识以外,还应具有扎实的金属材料与热处理知识、工模涂层前表面预处理知识、刀具、模具涂层的合理选择以及上机使用的技术要求等,如果任一环节出现问题,都会给使用者产生使用效果不理想这样的结论。所有这些,都严重制约了该技术在刀具、模具上的应用。 


四、 另一方面,由于该技术是一门介乎材料学、物理学、电子、化学等学科的新兴边缘学科,而国内将其应用于刀具、模具生产领域内的为数不多的几个骨干厂家,大多走的也是一条从国外引进先进设备和工艺技术的路子,尚需一个消化、吸收的过程,因此,国内目前在该领域内的技术力量与其发展很不相称,急需奋起直追。


五、PVD (Physical Vapor Deposition) 即物理气相沉积,分为:真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。我们通常所说的PVD镀膜 ,指的就是真空离子镀膜;通常说的NCVM镀膜,就是指真空蒸发镀膜和真空溅射镀。


六、真空蒸镀基本原理:在真空条件下,使金属、金属合金等蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,电子束轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面,历史上,真空蒸镀是PVD法中使用**的技术。


七、溅射镀膜基本原理:充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar ),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。 溅射镀膜中的入射离子,一般采用辉光放电获得,在l0-2Pa~10Pa范围,所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中,易和真空室中的气体分子发生碰撞,使运动方向随机,沉积的膜易于均匀。


八、离子镀基本原理:在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。


九、离子镀的工艺过程:蒸发料的粒子作为带正电荷的高能离子在高压阴极(即工件)的吸引下,以很高的速度注入到工件表面。


十、离子镀的作用过程如下:蒸发源接阳极,工件接阴极,当通以三至五千伏高压直流电以后,蒸发源与工件之间产生辉光放电。由于真空罩内充有惰性氩气,在放电电场作用下部分氩气被电离,从而在阴极工件周围形成一等离子暗区。带正电荷的氩离子受阴极负高压的吸引,猛烈地轰击工件表面,致使工件表层粒子和脏物被轰溅抛出,从而使工件待镀表面得到了充分的离子轰击清洗。随后,接通蒸发源交流电源,蒸发料粒子熔化蒸发,进入辉光放电区并被电离。带正电荷的蒸发料离子,在阴极吸引下,随同氩离子一同冲向工件,当抛镀于工件表面上的蒸发料离子超过溅失离子的数量时,则逐渐堆积形成一层牢固粘附于工件表面的镀层。这就是离子镀的简单作用过程。

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