等离子体渗氮结合TiN膜沉积工艺对膜一基结合力的影响.pdf

等离子体渗氮结合TiN膜沉积 工艺对膜一基结合力的影响 肖志刚 林东生 张宏 关颖 叶锡生 韩福斌 黄绍艳 (西北核技术研究所，西安69信箱 16分箱 710024 oli 舀 材料在硬度、耐磨、抗腐蚀、疲劳损伤等方面性能的提高是机械工业关注的重要 问题。对材料表面进行改性是提高材料机械性能的主要途径之一。以TiN、TiC等为 代表的硬质膜层具有硬度高、热稳定性好、抗氧化特性优良、膜层内部组织致密等特 性越来越多地应用于机械工业等领域。基于用等离子体流和带电粒子流对材料表面的 处理的真空等离子体工艺的应用，使得对材料表面层的成份、结构、及物理化学特性 的控制更加可能。 一种实现了低温等离子体渗氮同硬质膜沉积联合处理工艺的装置己被证实可用于 大幅度提高了膜一基结合力，本文报道这一方面的初步实验研究结果。 2 实验装置 等离子体镀膜实验装置是从俄罗斯引进，属于真空多弧离子镀设备。该装置 图 1等离子体镀膜实验装置结构简图 I一真空系统 E一腔体 3一等离子体发生器 4一工件旋转系统 5一弧枪 结构如图1所示，由真空腔体、工件旋转系统、等离子体发生器、弧枪、控制系 统、电源等部分组成。 与国内一般离子镀设备不同之处在于它加装的组合式热阴极等离子体发生器，结 构如图2所示，其结构采用组合式热阴极，由放在纵向磁场中的圆柱形腔体和 热阴极组成。圆柱形腔体由不锈钢制成。热阴极由钨丝制成螺线形，固定在铜 制的水冷电流引出线上。由电压5-10V、电流100-200A的50Hz交流电源加热 阴极丝。阴极筒外套装有可产生纵向磁场的磁场线圈和聚焦-c圈。等离子体发 生器机壳处于阳极电位，安放在真空腔体上。在阴极腔体与阳极之间加有直流 最大电压l00V、电流10-1OOA的直流电源，用于产生放电电流。等离子体发生 器的机壳、连接法兰盘及电流引出线都采用空心水冷设计，以降低工作时机体 的温度 。 空CIE目极 图Z组合式热阴极等离子体发生器结构示意图 在A:的压力为7xlO-ZPa、放电电流50A时.该等离子体发生器在真空室形成密 度为1x10cm一的等离子体，相对于阴极电位 ++63V，电子温度KTe为4和lOeV 在工作室直径为 500mm的中心截面上，实验得到的等离子体密度分布的不均匀性为 120% 。这样，组合式热阴极的电弧产生的等离子体，较均匀地充满真空室空间。在高 的电子温度和高的等离子体电位下，甚至在工件不加偏压时，放在等离子体中的物体 表面将受到能量范围为40-60eV的离子轰击。在镀前和镀制过程中等离子体发生器产 生的等离子体可对工件表面进行清洁和活化作用。等离子体发生器作用更重要在于对 工件表面进行渗N处理。 3 强结合力硬质膜层工艺 基体材料采用GH4169钢，加工成直径b(20的圆柱状结构，圆面作为成膜面。进 炉前先用白y粉加水擦洗，用水洗净后，再依次用酒精、丙酮清洗。烘干装炉。 -2- . . ， . . 月 .