真空电弧镀膜工具的发展潜力与应用

毕业设计外文资料翻译题目真空电弧镀膜工具的发展潜力与应用学院自动化与电气工程专业电气工程及其自动化班级电传1002班学生黄瑶妹学号20100321072指导教师李聪二一四年三月三十一日济南大学毕业设计外文资料翻译-1-SurfaceandCoatingsTechnology76-77(1995)719-724真空电弧镀膜工具的潜力和应用J.维特METAPLASOberflichenveredelungstechnilcGmbH公司摘要：空阴极电弧蒸发是广泛用于沉积硬质耐磨涂层的工具和零件。这篇文章综述了不同硬质涂层的发展前景，比如MeN,(Me1,M%)N,Me(N,C)形成的单层或多层形式以及在混合形式涂层。鉴于不同镀膜工具的应用，我们在这里讨论所选定的镀膜特性。关键词：阴极真空电弧；涂层结构；粒径；涂料选择；混合涂料1.真空电弧镀膜的发展真空阴极电弧蒸发的发展始于20世纪60年代和而到了70年代，继续对硬质涂层1-4展开研究，真空阴极电弧蒸发系统在上世纪80年代和90年代5-7加速发展，多年来，几乎所有类型的工具可以通过真空阴极电弧蒸发可成功地涂覆。本文综述了为硬质涂层的真空阴极电弧蒸发沉积的可能性。选定的结果表明潜在的涂层的沉积方法。2.镀膜单元设计图1显示了在高真空容器组件的布置安装。主要部件有电源供应器蒸发器，衬底支架电源，和进气系统。除了主要组成部分，还要安装更多的设备；这些包括辐射加热器，供电弧增强辉光放电的附加电极，在蒸发器和磁系统前面的来激发电弧运动或修改等离子体，以及特殊的系统通过电子碰撞加热来加热衬底6,8。通过电弧增强辉光放电的过程或使用那种在8的描述过的方法可以执行等离子体辅助化学热处理，比如在硬涂层沉积之前，进行渗氮。不同类型的涂层系统在实践中得以应用：一个最大涂层区达3米的间歇镀膜机以及一种在线的镀膜机。济南大学毕业设计外文资料翻译-2-图1高真空容器组件的布置安装1阴极，2高真空容器，3磁系统进行了电弧的运动，4对等离子体改性的磁系统，5可移动的快门在阴极的前面，6与气体流量计和压力控制装置的进气系统，7可旋转的基板保持器基板，8辐射加热器，9用于电弧增强辉光放电电极，10电源（300个，100个V）的电子碰撞加热连接到B或弧增强辉光放电连接到，11弧电源（300A，40V），12衬底电压电源（1500V，30）。2.1蒸发器和阴极材料蒸发器的类型按它们的几何特性和馈电点的圆弧运动控制的性质分类。阴极的几何安排可以包括圆形状（直径值60-100毫米），矩形状（400-700毫米的尺寸在长度和宽度100-200公厘）或圆柱状（直径20-180毫米长度300-600毫米）活性表面9。利用阴极装有电磁等离子体指南允许等离子体被国家环保总局评为从宏观粒子流，因此只有等离子体粒子撞击在衬底上11。电弧的运动可分为如下：随机弧（无外磁场域）；弱转向弧（弱的外部磁场用来保持运动的边界）；转向弧（具有很强的外部磁场的磁场能显著增加积分弧速度）；电控弧（由电气条件一定的变化对电弧运动的刺激）12。蒸发器所投入使用的电弧运动大多数是随机型和弱转向弧型。阴极材料可分为以下方式：均匀的组成元素的阴极上，由基体材料与插入阴极(Ti+Zr合金等）和阴极（A1Ti等）。2.2特别领域的发展在蒸发器目前的开发工作正在向脉冲电弧源转变，但广泛的工业用途的倍增的问题仍然是有待解决13,14.济南大学毕业设计外文资料翻译-3-为了在基板上的修改涂层生长，脉冲电源的应用越来越广泛。一个特殊的电源产生的脉冲电压为10kV，可用于在较低的温度下15的TiB2涂层。另一种方法是较高和较低的衬底电压调制16。此外，我们能够运用非对称交变磁场脉冲与在基板上的电位，使交流电子和离子电流撞击基板。3.涂层的组成和结构3.1化学成分在现代设计和硬涂层的应用最重要的元素组合图2所示，最经常应用的涂料是TiN和CrN，紧接着是Ti（N，C）和（Al，Ti）N，第三经常用的是ZrN,Cr(C,N),(Ti,Zr)N和Me:CH，硬非晶CH涂层可采用电弧增强辉光放电产生的等离子体，纯碳涂层可以通过蒸发石墨阴极处理17。图2.涂层的应用发展最重要的元素循环。线的厚度显示应用中的重要性，虚线显示的是研究和开发活动。3.1结构该涂层有着不同的体系结构，图3显示了一个构建原则的模型涂层结构。两种金属，被认为是氮和碳。涂层应能创建一个两相结构。忽略纹理效果和缺陷，可以通过相、涂层的厚度和化学成分描述该涂层，该涂料可根据层的厚度t和晶粒尺寸D的比例对其进行分类。济南大学毕业设计外文资料翻译-4-图3化学组合物模型，相和纵横比：单层厚度除以晶粒尺寸(1)当T/D1。经典的多层膜可以通过化学成分和总厚度比在层的晶粒尺寸大得多的逐步变化进行描述（例如TiN2m/Ti(N,C)2m)。(2)当T/D1。在一定的层序列的厚度几乎相等于晶粒尺寸。一个例子是多层HFC/WC（总厚度的20的杜松子酒，序列HFC100nm，WC30nm）18。(3)当T/D1）是最耐氧化涂层可沉积的工具的过程上33。这种涂料是最好的候选人符合条件的高切削速度和“无”操作。然而，据报道，（Ti，Al）N涂层（金属含量A1/钛=1）磁控溅射不适于铣削操作35。图6显示A1TiN涂层的可能显著提高铣削刀具的性能。获得高镍合金材料和切削灰铸铁优良的结果。另据报道，如高镍合金或钛合金，有色金属材料的成型，A1TiN涂层可以有更好的表现比其他涂料。5.5.ZrN的有色金属材料切割ZrN涂层的硬度与TiN相似，然而，氧化锡，电阻较高31。人们已经发现，ZrN涂层是非常好的钻铣铝合金、钛合金等5。济南大学毕业设计外文资料翻译-9-5.6.其他涂料它以通过与Zr，Hf，Nb，VW和B18,29,31,33,36,37合金化提高硬度和耐氧化性的钛基涂层。这些涂料应用领域表现出更好的性能比其他涂料CrCN涂层成功地应用于塑料的工具和不同的切削操作36。5.7.混合涂料对于某些应用，结合涂层是更有效地比单独的PVD涂层。具有腐蚀作用的摩擦学系统的具体案例，一个与PVD涂层无电镀镍层的结合应适用。另一个重要的变体是氮化处理的硬涂层沉积组合。这使得复合材料的承载能力得到提高，也给出了一个穿储备。最初，涂层CVD结果涂层硬质合金刀片的PVD涂层显示寿命可能上升31。6.结论（1）所有目前在PVD涂层市场工具可以通过CVAE和沉积右边的阴极材料和部件的长度可达3米，合适的气体混合物的选择。（2）两个标准温度（400C）和下涂层的温度（200C）可用于工具。（3）涂层的结构可以是多种多样的调整晶粒尺寸和层之间的比率厚度，由相的含量，通过生长结构的应力状态以及化学成分的变化。（4）结合涂料组成的氮化PVD硬涂层可以创建一批没有中断的过程。（5）细粒难CrN涂层似乎在使用第二通用涂料。参考文献1A.A.Shaper,U.S.Patents3625848，1971and3836451,1974.2L.P.Sablev,N.P.Atamansky,V.N.Gorbunov,J.I.Dolotov,V.N.Lutseenko,V.M.Lunev,V.V.UsovetaI.,U.S.Patents3793179and3783231,1974.3I.I.Aksenov,V.G.Bren,V.G.PadalkaandV.M.Koroshikh,Soy.Phys.Tech.Phys.23(1978)651.4S.S.Icharkov,T.A.Chodakova,V.G.Lapteva,A.A.AndreevandI.V.Gavrilko,Trakt.SeIkhozmashiny.6(1978)37.5H.RandhawaandP.C.Johnson,Surf.Coat.Technol.,3I(1987)303.6J.VetterandA.J.Perry,Surf.Coat.Technol.,61(i993)305.7K.Akari,H.Tamagaki,K.Tsuji,E.S.KohandC.N.Tai,Swf.Coat.Technol.,43-44(1990)312.8L.P.Sablev,A.A.Andreev,S.N.GrigorievandA.S.Nikolaevich,EPA05834731992.9Information,VaporTechnologiesINC,MountVernon.济南大学毕业设计外文资料翻译-10-10Information,VIAM,Moscow,RUSSIA,1992,11I.I.Aksenov,V.A.Belous,V.G.PadalkaandV.M.Khoroshikh,Soy.or.PlasmaPhys.,4,(1978)425.12Information,NOVATEC,Moscow,1991.13H.MeckeandM.Ellrodt,Proc.4thint.Syrup.TATFand11thConf.HVITF94,Dresden.1994,p.135.14P.Siemroth,T.SchlkeandT.Witke,SwfCoat.Teehnol,68-69(1994)314.15ILR.Treglio,S.TrujilloandA.J.Perry,Surf.Coat,Teehnol,61(1993)315.16J.Fessmann,W.Olbrich,G.KampschulteandJ.Ebberink,Mater.Sci.EngAI40(1991)830.17B.Rother,J.SiegelandJ.Vetter,ThinSolidFihns,188(1990)293.18A.A.Andreev,I.V.Gavrilko,A.G.Gavrilov,A.S.Veretsaka,V.P.Zed,V.P.Padalka,A.K.KarlovicandV.T.Tolok,DE3152742,1983.19J.Vetter,J.ErbenandB.Rother,ThinSolidFihns,196(1991)Lll-L13.20A.J.SueandI-I.H.Troue,EP0522872,1992.21A.J.SueandH.H.Troue,EP0522873,1992.22S.Yamamoto,T.Omura,A.Kawana,Y.ChibaandI-I.Ichimura,SumitomoMetalMining,personalcommunication,Erlangen1987.23A.J.Sue,A.J.PerryandJVetter,Szaf.Coat.TectmoI.,68/69(1994)126.24D.T.Quinto,J.Vac.Sci.Teehnol.,A,6(1988)2149.25O.A.Johansen,J.H.DontjeandR.L.D.Zenner,ThinSolidFilms,I53(1987)75.26D.T.Quinto,G.J.WolfeandP.C.Jindal,ThinSolidFilms,153(1987)19.27J.Vetter,W.Burgmer,H.G.DederichsandA.J.Perry,Swf.Coat.Technol.,61(1993)209.28Y.Chiba,T.OmuraandH.Ichimura,J.Mater.Res.,8(1993)1109.29J.Vetter,H.J.SchoIiandO.Knotek,TiCrNcoatingsdepositedbycathodicvacuumarcevaporation,Surf.Coat.Teelmol.,74-75(1995)286.30H.Ljungcrantz,L.Hultman,J.E.SundgrenandL.Karlsson,StressgenerationinarcevaporatedTiNfilmsbyionbombardment,J.Appl.Phys.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