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离子镀设备的镀膜技术解读_苏州粤辉煌专注微弧氧化加工处理服务

离子镀设备的镀膜技术解读

发布时间:2022-10-17阅读量:1080

离子镀在真空条件下,利用气体放电部分电离气体或蒸发物质,并在气体离子或蒸发物质离子的轰击下沉积在基板上。

包括磁控溅射离子镀、反应离子镀、空心阴极放电离子镀(空心阴极蒸镀)、多弧离子镀(阴极电弧离子镀)等。

离子镀时,蒸发粒子以带电离子的形式沿电力线的方向在电场中移动。因此,所有有电场的部分都可以获得良好的涂层,这比普通真空涂层只能在直接方向上获得的涂层要好得多。

因此,该方法非常适用于内孔、凹槽、窄缝等难以镀的部位。普通真空涂层只能直接涂在表面,蒸发颗粒,如爬梯,只能上梯;离子镀可以均匀地涂在零件的背面和内孔周围,带电离子就像坐在直升机上,可以沿着规定的路线到达活动半径内的任何地方。

涂层质量好。离子涂层组织致密,无针孔,无气泡,厚度均匀。即使是棱角和凹槽也可以均匀地镀层,以免形成金属瘤。螺纹等零件也可以镀层。由于该工艺方法还可以修复工件表面的小裂纹和麻点,可以有效提高镀层零件的表面质量和物理机械性能。疲劳试验表明,如果处理得当,工件的疲劳寿命可镀前20%~30%。

最早的离子镀技术D. M. Mattox提出并付诸实践的原则:

在真空条件下,当气体离子或被蒸发物离子轰击时,将蒸发物或其他反应物涂在基板上。

离子镀利用高能离子轰击工件表面,将大量电能转化为热能,从而促进表面组织的扩散和化学反应。然而,整个工件,尤其是工件的心脏,并没有受到高温的影响。因此,该涂层工艺应用广泛,局限性小。通常,各种金属、合金和一些合成材料、绝缘材料、热敏材料和高熔点材料都可以涂覆。金属工件、金属或非金属,甚至塑料、橡胶、石英、陶瓷等。

离子镀可分为蒸发型离子镀和溅射型离子镀,其中蒸发型离子镀可分为直流二级离子镀、热丝弧离子镀、空心阴极离子镀和热阴极离子镀。直流二次离子镀是一种稳定的光放电;空心阴极离子镀和热丝弧离子镀是热弧光放电。电子产生的原因可简单概括为核外电子的热发射,因为金属材料被加热到很高的温度;阴极电弧离子镀的放电类型不同于前几种离子镀,采用冷弧光放电。

阴极电弧离子镀是许多离子涂层技术中的主要集成器,已逐渐发展成为硬薄膜领域的主要力量。采用冷弧光放电,膜颗粒离化率较高PVD最高的涂层技术。

其工作原理如下:

首先,带正电位的引弧针(阳极)靠近带负电位的靶材(阴极)。阴阳两极距离足够小时,两极之间的气体会被击穿,形成弧电流,类似于焊接的引弧。以上图为例,此时,部分N发生离化,形成氮阳离子和电子。

受电场力的吸引,氮的阳离子会飞向阴极,即靶材附近,而电子会飞向引弧针。但是,由于离子的质量远远大于电子,电子的移动距离会大于同一电场力下阳离子的移动距离。因此,当电子到达阳极时,离子不会到达阴极靶面,而是会在靠近靶面的位置丰富,形成正离子堆积层,如下图所示。

根据E=U/d,可以看出,此时空间中的电场强度非常高,这种强电场将拉目标材料中的电子。拉的电子从阴极靶面飞到正离子堆积层,形成电流,堆积层与靶面连接,从而在靶面附近产生电弧。

电弧会蒸发靶材,正离子会被阴极靶面吸引,使正离子对靶面进行轰击,产生溅射。因为蒸发和溅射的膜粒子都需要通过正离子堆积层,如下图所示,在飞出阴极靶面的过程中,膜粒子会受到靶面电弧的影响,所以到达工件的粒子大多是离子态。

工件处一般会增加负偏压,因此正离子在电场力作用下飞向工件,对工件产生轰击。这种轰击会提高膜层的附着力,使磨蹭致密,对提高膜层质量非常有益。

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