金属表面处理合编.ppt

真空冶金学Vacuum Metallurgy 　主讲　钟晖　 真　空　冶　金　学 前　言 真空技术的发展史 第一章　真空技术的基本知识 第二章　金属真空蒸馏的理论基础 第三章 有色合金中间产品的真空蒸馏分离 第四章 矿石及半成品的真空蒸馏 第五章 金属化合物的真空还原 第六章 高熔点金属的真空精炼 第七章 粉末材料的真空制备 第八章 金属表面处理 第九章 真空技术在冶金中的其他应用 第八章 金属表面处理 8.1 真空镀膜 8.1.1 真空蒸发镀膜技术 8.1.2 磁控溅射镀膜技术 8.1.3 离子镀技术 8.2 真空热渗镀 8.2.1 渗碳 8.2.2 渗氮 8.2.3 碳氮共渗 8.2.4 离子注入 8.2.5 真空渗金属元素 表面工程: 是表面预处理之后,经过表面涂覆、表面改性或多种表面复合 处理、改变固体金属或非金属表面的形态、化学成分和组织结构， 以获得所需求表面性能的系统工程。 表面工程的作用: 表面工程能针对许多贵重零部件的失效原因，实行局部表面强 化、修复、预保护，以达到延长使用寿命或重新恢复使用价值的目 的。 表面技术: 表面改性技术 表面涂层技术 复合表面技术。 8.1真空镀膜 真空镀膜：在真空条件下，用物理的方法，将材料气化成原子、 分子或使之电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积 一层具有特殊性能的薄膜的技术，也叫做物理气相沉积。 ( Physical Vipor Deposition 简称PVD ) PVD工艺过程： （1）成膜材料的汽化，即成膜材料的蒸发、升华、被溅射、分解，也就是成膜材料的源； （2）成膜原子、分子或离子从源到基片的迁移过程。在这一过程中粒子间可能发生碰撞，产生离化、复合、反应、能量的变化和运动方向的改变等一系列复杂过程， （3）成膜原子在基片表面上的吸附、堆集、形核和长大成膜。 基体材料：金属、玻璃、陶瓷、塑料 成膜材料：纯金属、合金、化合物 主要方法有： 真空蒸镀(vacuum evaPoration)：在一定的真空条件下， 加热膜料，使其气化蒸发成原子或分子，并沉积到工件表面形成薄 膜的方法。 溅射镀(vacuum sputterrin)：在一定的充氩气的真空条件 下，采用辉光放电技术将氩气电离成离子(Ar‘)，氩离子在电场的 作用下加速轰击阴极使阴极材料被溅射下来，沉积到阴极表面形成 膜层的方法。 离子镀膜(ion plation)：在真空条件下、利用各种气体放电 技术，将蒸发原子部分电离成离子，同时产生大量高能中性粒子， 沉积于工件表面形成镀膜。 各种镀膜方法的比较： 真空制膜的优点： (1)防止膜料玷污，获得纯净、致密、符合预定要求的薄膜。 (2)可根据需要加入某种气体与膜料化合，得到一种单一化合 物构成的特殊功能的薄膜。 (3)消除空间碰撞。 (4)消除基体的污染。 8.1.1 真空蒸发镀膜 真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器 中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸 气流，入射到固体(衬底或基片)表面，凝结形成固态薄膜的方法。 （1） 镀前处理：镀件清洗 预处理 （2） 镀膜 （3） 镀后处理 影响薄膜生长和性能的因素： （1）基片温度 （2）真空度 （3）蒸发速率 （4）基片材料和膜材料 （5）沉积的角度 根据蒸发源不同，真空蒸发镀膜法又可以分为： 电子束蒸发源蒸镀法、电阻蒸发源蒸镀法 、 激光束蒸发源蒸镀法、高频感应蒸发源蒸镀法 电子束蒸发镀 特点： （1）电子束轰击热源的束流密度高，能获得比电阻加热源更大 的能量密度。可在一个不太小的面积上达到104-109W/cm2的功率密 度，因此可以使高熔点材料蒸发，并且有较高的蒸发速度； （2）由于被蒸发材料是置于水冷坩锅内，因而可避免容器材料的 蒸发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，这对提高镀膜的纯度 极为重要； （3）热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和 热辐射的损失少。 高频感应蒸发源蒸镀法： 特点： （1）蒸发速率大，可比电阻蒸发源大 23 倍左右； （2）蒸发源的温度均匀稳定，不易产生飞溅现象； （3）蒸发材料是金属时，蒸发材料可产生热量。所以，坩锅可选用和蒸发材料反应最小的材料； （4）蒸发源一次装料，无需送料机构，温度控制比较容易，操作比较简单； （5）缺点是必须采用抗热震性好、高温化学性