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PVD真空鍍膜機鍍膜的基本概念及其特點

2023-07-12

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PVD真空鍍膜機的PVD 是英文“Physical Vapor Deposition”的縮寫形式,意思是物理氣相沉積。我們現在一般地把真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍等都稱為物理氣相沉積。

較為成熟的 PVD 方法主要有多弧鍍與磁控濺射鍍兩種方式。多弧鍍設備結構簡單,容易操作。它的離子蒸發源靠電焊機電源供電即可工作,其引弧的過程也與電焊類似,具體地說,在一定工藝氣壓下,引弧針與蒸發離子源短暫接觸,斷開,使氣體放電。由于多弧鍍的成因主要是借助于不斷移動的弧斑,在蒸發源表面上連續形成熔池,使金屬蒸發后,沉積在基體上而得到薄膜層的,與磁控濺射相比,它不但有靶材利用率高,更具有金屬離子離化率高,薄膜與基體之間結合力強的優點。此外,多弧鍍涂層顏色較為穩定,尤其是在做 TiN 涂層時,每一批次均容易得到相同穩定的金黃色,令磁控濺射法望塵莫及。多弧鍍的不足之處是,在用傳統的 DC 電源做低溫涂層條件下,當涂層厚度達到0.3μm 時,沉積率與反射率接近,成膜變得非常困難。而且,薄膜表面開始變朦。多弧鍍另一個不足之處是,由于金屬是熔后蒸發,因此沉積顆粒較大,致密度低,耐磨性比磁控濺射法成膜差。


PVD真空鍍膜機


可見,多弧鍍膜與磁控濺射法鍍膜各有優劣,為了盡可能地發揮它們各自的優越性,實現互補,將多弧技術與磁控技術合而為一的涂層機應運而生。在工藝上出現了多弧鍍打底,然后利用磁控濺射法增厚涂層,最后再利用多弧鍍達到最終穩定的表面涂層顏色的新方法。
大約在八十年代中后期,出現了熱陰極電子槍蒸發離子鍍、熱陰極弧磁控等離子鍍膜機,應用效果很好,使TiN 涂層刀具很快得到普及性應用。其中熱陰極電子槍蒸發離子鍍,利用銅坩堝加熱融化被鍍金屬材料,利用鉭燈絲給工件加熱、除氣,利用電子槍增強離化率,不但可以得到厚度 3~5μm的TiN 涂層,而且其結合力、耐磨性均有不俗表現,甚至用打磨的方法都難以除去。但是這些設備都只適合于 TiN涂層,或純金屬薄膜。對于多元涂層或復合涂層,則力不從心,難以適應高硬度材料高速切削以及模具應用多樣性的要求。
目前,一些發達國家(如德國 CemeCon、英國 ART-TEER )在傳統的磁控濺射原理基礎上,用非平衡磁場代替原先的平衡磁場、50KHz 的中頻電源代替原來的直流電源、脈沖電源取代以往的直流偏壓,采用輔助陽極技術等,使磁控濺射技術逐步成熟,已大批量應用在工模涂層上,現在已穩定生產的涂層主要有 TiAlN、AlTiN、TiB2、DLC、CrN,我國廣東、江蘇、貴州、株洲等地也已陸續引進此種設備,大有星火燎原之勢。
現代PVD真空鍍膜機(均勻加熱技術、溫度測量技術、非平衡磁控濺射技術、輔助陽極技術、中頻電源、脈沖技術) 現代涂層設備主要由真空室、真空獲得部分、真空測量部分、電源供給部分、工藝氣體輸入系統、機械傳動部分、加熱及測溫部件、離子蒸發或濺射源、水冷系統等部分組成。
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