等离子辅助沉积电弧离子镀制备氮化钛膜研究.doc

负偏压对电弧离子镀氮化钛膜性能的影响研究 中文摘要： 电弧离子镀是一种物理气相沉积(PVD)镀膜技术.自80年代以来，随着离子镀TiN工艺逐渐完善和镀膜质量的提高，它已成为在工业领域应用最为广泛的制备硬质膜产业化方法。 TiN 处理高速钢刀具，大大延长了使用寿命，减少了更换刀具的次数和时间，提高了切削速度，使机械加工技术发生了一次质的飞跃。因此，研究不同材料与TiN薄膜的生长机理和工艺是研究和应用热点之一. 优化电弧离子镀工艺，制备高质量的TiN薄膜，不仅在基础研究方面，而且在应用方面都具有重要的现实意义。材料表面生长超硬膜的工艺条件决定了其化学组分及其微结构，而材料的结构又直接影响薄膜的机械、热学、电学性质。迄今对TiN的结构和性质已有不少报道，但关于工艺条件对TiN的界面形成与表面性质的影响研究水工艺方法的不同有待于深入研究。 本文在不锈钢基材上，采用电弧离子镀技术制备了TiN膜。用XRD和显微硬度方法研究了负偏压变化条件下的TiN薄膜的相结构、显微硬度及膜层结合力。探讨电弧离子镀镀膜工艺对TiN表面化学键合、显微结构的影响，提出了制备优质TiN的最佳电弧离子镀工艺，为改善TiN薄膜的性能提供了理论和应用的依据。 英文摘要： 目录： 摘要…………………………………………………………………I Abstract……………………………………………………………II 第一章 绪论………………………………………………………1 1．电弧离子镀应用及意义………………………………………1 1.1电弧离子镀应用……………………………………………… 1.1.1电弧离子镀发展前景……………………………………… 1.1.2电弧离子镀实际应用……………………………………… 1.2电弧离子镀意义 …………………………………………… 1.2.1电弧离子镀理论意义……………………………………… 1.2.2电弧离子镀现实中的实际作用…………………………… 第二章：电弧离子镀理论研究的现状及发展…………………… 2.1电弧离子镀发展概要………………………………………… 2.2国外发展概况………………………………………………… 2．3我国发展概况……………………………………………… 2.4电弧离子镀研究进展………………………………………… 2．4．1高性能镀层的研究……………………………………… 2．4．2新型、复合及多层化镀层研究………………………… 第三章：设备原理结构………………………………………… 3．1等离子体概念……………………………………………… 3.2离子镀原理………………………………………………… 3．3电弧离子镀设备的原理…………………………………… 3.4电弧离子镀设备…………………………………………… 第四章：设计方案……………………………………………… 4.1电弧离子镀的两种工艺…………………………………… 4.2 TiN膜镀膜工艺方案的确定………………………………… 4．2．1离子镀的几种方法…………………………………… 4．2．2电弧离子镀的优势…………………………………… 4.3实验步骤…………………………………………………… 4.3.1表面清洗及沉积工艺…………………………………… 4.3.2离子轰击清洗与TiN膜的沉积………………………… 4.4检测设备…………………………………………………… 4.5参数………………………………………………………… 第一章：绪论 1.电弧离子镀应用及意义 电弧离子镀应用 电弧离子镀的概念 电弧离子镀是利用真空环境下冷阴极自持弧光放电使阴极材料直接从固态汽气化并电离形成等离子体云,并在基体偏压作用下与N2气化合并沉积到基材上形成薄膜的物理气相沉积技术。 1电弧离子镀发展前景： 21世纪，制造加工技术出现了突飞猛进的发展，刀刃具成为加工技术发展的动力。刀刃具的加工处理技术对各行各业的发展起着至关重要的作用，无论是工业、农业、机械制造，还是航空航天、通讯、建筑、医药业，只要有加工工艺过程，就有刀刃具的足迹. 刀刃具市场已成为基础工业中最大的市场.然而目前所使用的各类刀刃具普遍存在着使用寿命短而影响生产效率的问题.其中的原因多为与表面硬度、耐磨性与结合力的最佳匹配条件有关.因此，应用表面强化工艺技术是改善刀刃具使用寿命，提高生产效率的一条及其有效的捷径[1，2]。 在人工器官领域也同样有类似的问题发生.众所周知，金属和合金材料应用于临床已有很长的历史，主要是因为它们较高的强度和韧性特别实用于人体硬组织系统［3］。常用的材料包括:钦及其合金、钻基合金、不锈钢、钽及其合金等.然而，这些材料在植入人体后，由于表面硬度和耐磨性不理想而极