雙金屬電弧離子蒸發(fā)源的研制及TiAIN膜層制備.pdf

1、電弧離子鍍以其離化率高，離子密度大，離子能量高，沉積速度快，膜層與基體結(jié)合力好等優(yōu)點(diǎn)，成為硬質(zhì)膜生產(chǎn)的主流技術(shù)，在工具鍍、裝飾鍍和特殊功能鍍膜領(lǐng)域倍受關(guān)注。為此，本文就電弧離子鍍中的核心部分——電弧離子蒸發(fā)源進(jìn)行研究，研制了雙金屬電弧離子蒸發(fā)源，并成功應(yīng)用于膜層的制備過程。在優(yōu)化電弧離子鍍工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，于TC4鈦合金表面制備了TiAlN膜層，并對(duì)試樣進(jìn)行了分析。本課題為電弧離子鍍電弧蒸發(fā)源的研究發(fā)展及在鈦合金表面制備TiAlN膜層的

2、研究工作提供了可靠的技術(shù)支持。
　　 首先對(duì)電弧離子鍍電弧蒸發(fā)源放電特性及相應(yīng)的磁場進(jìn)行了研究，分析了磁場對(duì)電弧的影響因素，電弧源陰極現(xiàn)象的產(chǎn)生；同時(shí)對(duì)電弧源放電的穩(wěn)定性及其影響因素進(jìn)行了研究分析，確定了電弧源的最佳工作條件。研究結(jié)果表明磁場的分布對(duì)雙金屬電弧離子蒸發(fā)源的穩(wěn)定起著重要作用，同時(shí)靶面溫度，氣體種類，維弧電流，靶面尺寸等因素對(duì)電弧穩(wěn)定性都有不同的影響。
　　 在調(diào)研了電弧離子鍍電弧蒸發(fā)源的工作原理基礎(chǔ)上，研制

3、了雙金屬電弧離子蒸發(fā)源。電弧蒸發(fā)源采用圓柱永磁鐵（3000T）作為磁場源，并設(shè)計(jì)有磁場調(diào)節(jié)裝置，控制磁場的強(qiáng)弱；引弧系統(tǒng)采用機(jī)械引弧裝置，用電磁線圈控制；采用直接水冷電弧源冷卻系統(tǒng)；真空密封采用o型圈靜密封；同時(shí)帶有靶源調(diào)節(jié)裝置和隔弧裝置。
　　 利用研制出的雙金屬電弧離子蒸發(fā)源，以TC4鈦合金基片上成功制備出了TiAlN膜層，對(duì)TiAlN膜層的制備工藝進(jìn)行了分析。確定了最佳工藝路線為：首先通入少量Ar氣，此時(shí)負(fù)偏壓-800V～

4、-1200V；占空比60％；鈦靶：60A～80A；爐體真空度10-2pa級(jí)時(shí)進(jìn)行離子轟擊清洗5min～10min。鍍膜層時(shí)先用金屬Ti靶對(duì)試樣高偏壓轟擊，并沉積一層Ti過渡層，隨后通入氮?dú)?。此時(shí)參數(shù)保持在負(fù)偏壓-250V～-400V；占空比50％～60％；N2通入量138sccm左右，沉積溫度100℃～300℃；金屬Ti蒸發(fā)源弧流為60A～80A，Al蒸發(fā)源弧流為50A～70A；鍍膜時(shí)間為60min；爐體真空度達(dá)到10-1Pa級(jí)。經(jīng)過分