图片新闻   082395
    无分类
联系我们   Contact
你的位置:首页 > 图片新闻

真空离子镀原理

2014-10-14 11:57:39      点击:

Mattox于1964年首先公开了所发明的离子镀技术。它是在蒸发镀膜的同时,用来源于等离子体的离子轰击膜层。多种蒸镀离子镀技术在70年代相继实用化。其中有空心阴极离子镀、热丝电弧离子镀和阴极电弧离子镀。离子镀在工业上主要用于在高速钢刀具上镀制TiN膜,作为耐磨硬质膜,以及在不锈钢制品上镀制五N膜,作为仿金装饰膜,并多采用阴极电弧蒸发离子镀技术。离子镀膜层的成核和生长所需的能量,不是靠加热来获得的,而是靠离子加速方式来激励的。

离子镀膜机及电弧离子镀膜设备是采用电弧放电的方法,在固体的阴极靶材上直接蒸发金属,蒸发物是从阴极弧光辉点放出的阴极物质的离子,从而在基材表面沉积成为薄膜的方法。 离子镀是真空室中,利用气体放电或被蒸发物质部分离化,在气体离子或被蒸发物质粒子轰击作用的同时,将蒸发物或反应物沉积在基片上。离子镀把辉光放电现象、等离子体技术和真空蒸发三者有机结合起来,不仅能明显地改进了膜质量,而且还扩大了薄膜的应用范围。其优点是薄膜附着力强,绕射性好,膜材广泛等。D.M.首次提出离子镀原理,起工作过程是:先将真空室抽至4×10(-3)帕以上的真空度,再接通高压电源,在蒸发源与基片之间建立一个低压气体放电的低温等离子区。基片电极接上5KV直流负高压,从而形成辉光放电阴极。辉光放电区产生的惰性气体离子进入阴极暗区被电场加速并轰击基片表面,对其进行清洗。然后进入镀膜过程,加热使镀料气化,起原子进入等离子区,与惰性气体离子及电子发生碰撞,少部分产生离化。离化后的离子及气体离子以较高能量轰击镀层表面,致使膜层质量得到改善。
然而多弧离子镀与一般的离子镀有着很大的区别。多弧离子镀采用的是弧光放电,而并不是传统离子镀的辉光放电进行沉积。简单的说,多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源,通过靶与阳极壳体之间的弧光放电,使靶材蒸发,从而在空间中形成等离子体,对基体进行沉积。
 优点
(1)从阴极直接产生等离子体,不用熔池,阴极靶可根据工件形状在任意方向布置,使夹具大为简化。
(2)入射粒子能量高,膜的致密度高,强度和耐久性好,附着强度好。
(3)离化率高,一般可达60%~80%。
(4)从应用的角度讲,其突出优点是蒸镀速率快

镀层附着性能好

普通真空镀膜时,蒸发料粒子大约只以一个电子伏特的能量向工件表面蒸镀,在工件表面与镀层之间,形成的界面扩散深度通常仅为几百个埃(10000埃=1微米=0.0001厘米)。也就是说比一根头发丝的百分之一还要小。两者间可以说几乎没有连接的过渡层,好似截然分开。而离子镀时,蒸发料粒子电离后具有三千到五千电子伏特的动能。如果说普通真空镀膜的粒子相当于一个气喘吁吁的长跑运动员,那么离子镀的粒子则好似乘坐了高速火箭的乘客,当其高速轰击工件时,不但沉积速度快,而且能够穿透工件表面,形成一种注入基体很深的扩散层,离子镀的界面扩散深度可达四至五微米,也就是说比普通真空镀膜的扩散深度要深几十倍,甚至上百倍,因而彼此粘附得特别牢。对离子镀后的试件作拉伸试验表明,一直拉到快要断裂时,镀层仍随基体金属一起塑性延伸,无起皮或剥落现象发生。可见附着得多么牢固啊!

绕镀能力强

离子镀时,蒸发料粒子是以带电离子的形式在电场中沿着电力线方向运动,因而凡是有电场存在的部位,均能获得良好镀层,这比普通真空镀膜只能在直射方向上获得镀层优越得多。因此,这种方法非常适合于镀复零件上的内孔、凹槽和窄缝。等其他方法难镀的部位。用普通真空镀膜只能镀直射表面,蒸发料粒子尤如攀登云梯一样,只能顺梯而上;而离子镀则能均匀地绕镀到零件的背面和内孔中,带电离子则好比坐上了直升飞机,能够沿着规定的航线飞抵其活动半径范围内的任何地方。

镀层质量好

离子镀的镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀。甚至棱面和凹槽都可均匀镀复,不致形成金属瘤。像螺纹一类的零件也能镀复,由于这种工艺方法还能修补工件表面的微小裂纹和麻点等缺陷,故可有效地改善被镀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,工件疲劳寿命可比镀前高百分之二、三十。

清洗过程简化

现有镀膜工艺,多数均要求事先对工件进行严格清洗,既复杂又费事。然而,离子镀工艺自身就有一种离子轰击清洗作用,并且这一作用还一直延续于整个镀膜过程。清洗效果极好,能使镀层直接贴近基体,有效地增强了附着力,简化了大量的镀前清洗工作。

可镀材料广泛

离子镀由于是利用高能离子轰击工件表面,使大量的电能在工件表面转换成热能,从而促进了表层组织的扩散作用和化学反应。然而,整个工件,特别是工件心部并未受到高温的影响。因此这种镀膜工艺的应用范围较广,受到的局限性则较小。通常,各种金属、合金以及某些合成材料、绝缘材料、热敏材料和高熔点材料等均可镀复。即可在金属工件上镀非金属或金属,也可在非金属上镀金属或非金属,甚至可镀五金不锈钢、玻璃、陶瓷等