物理气相沉积技术是一种对材料表面进行改性处理的高新技术, 最初和最成功的发展是在半导体工业、航天航空等特殊领域。在机械工业中作为一种新型的表面强化技术起始于80 年代 p3V9ikyy
初, 而且主要集中在切削工具的表面强化。以改善机械摩擦副零件性能为目的的研究近10 多年才受到广泛重视, 是现在重点开发的新领域。物理气相沉积技术作为高新技术在先进制造技术 NFdJb\
和技术进步中占有重要的地位, 本文对其最新发展的部分概况作一介绍。 _pY
1 应用对象不断扩展 gUksO!7^1
美国Balzers Too l Coat ing 公司1994 年评估了用PVD 法制取的薄膜在2000 年前的市场发展前景[1 ] , 认为, 1980 年PVD 镀层95% 用于改善切削工具寿命, 在2000 年50%PVD 镀层将用 1i5 vW- '4
于提高切削工具性能, 另50% 将用于改善冲压模、磨损零件部等的寿命。由于大量采用新技术和新工艺, 使物理气相沉积技术近10 年在模具和磨损零部件的应用上迈进了一大步, 正在改变那 d [\>'>
种PVD 就是刀具上镀T iN 的传统概念。
rE/}hHU
物理气相沉积法用于零件防蚀抗磨损镀层越来越多, 取得非常好的效果。德国Do rrenberg Edelstah l 公司开发了一种在压模上使用电弧蒸发镀沉积、具有高附着力的CrN 涂层的PVD 38"8,k
法[2 ] , 镀层性能高于T iN 或T iCN 镀层, 可用于铝件的加工模具上。 @).WIs
英国Cambridge 和Tecvac 公司完善了在加工黄铜、T i 和A l的加工模具上的CrN 沉积法[3 ] , 镀层厚度3~ 20 Lm, 镀层具有良好的附着性, 镀层显示了较好的使用效果(包括挤压, 成型以及塑 DH}s1mNMP
料加工模具)。M ult iA rc (U K) L td 在伯明翰Too ling ’95 展览会上介绍了该公司一种用于提高冲模寿命的PVD 工艺, 6~ 8 Lm厚的沉积层提高冲压4 mm 厚钢质变速箱壳的冲模寿命, 由冲压 ?whRlh
500 次增大到20 400 次, 且不需要再抛光。 ~| X99?P
日本在活塞环等零件表面采用离子镀法镀覆具有CrN 或Cr2N 成分、附着力强的耐磨膜[4 ] , 膜层中氮浓度由基体向表面膜层表面不断增大。镀层在不断变更氮分压情况下用蒸发源铬和 1.hOE>A%
反应气体N 2 制成, 镀膜层厚度10~ 60 Lm, 硬度1 500~ 2 000HV , 远高于电镀Cr 和氮化。它的耐粘着性能约是电镀Cr 的1. 5倍, 且其实际耐久性是电镀Cr 的4~ 10 倍, 具有运行平稳、无拉 gg lNpzj
缸、抱缸现象, 效果十分理想, 是一种无公害的、可取代电镀Cr处理的表面处理手段。但离子镀时, 工件温度在400~ 500 ℃便导致活塞环类零件的应力松驰、弹性下降, 可能会影响其广泛应用。 G/x3wR
装饰镀也是新的应用对象之一, 德国的L eybo ld 是老牌的PVD 设备和技术公司, 近年来推出了一些金属或非金属构件装饰处理的PVD 沉积技术, 其中较引入注意的是磁控溅射沉积新 |usnY
型ZrN 技术。它具有青铜色外表, 极低的电化学电位, 耐蚀性极好, 同时也很耐磨, 是一种非常好的表面处理方法。 ?3]h~(=
新的专利和研究报告表明[4, 6~ 7 ] , 寻找PVD 沉积T iA lN、CrN、WCöC 等镀层的新应用领域是各国研究人员努力的方向,并已取得一定进展。 +W V@o'
2 沉积的基体温度更低 ^ %~Et>C
由于应用对象的扩展, PVD 处理的材料也由原来较单一的HSS、硬质合金等材料不断向中低合金结构钢、模具钢, 乃至有色金属等其他材料类型拓宽。为保证PVD 表面处理后被处理件整 E&RoaY0
体材料的性能不下降, 降低PVD 处理温度, 在较低的温度下获得性能优良的沉积层, 已成为一个主要的技术问题[8~ 10 ]。 h1Ke$#$6
磁控溅射技术是PVD 技术中的一大主流技术, 被称为低温沉积最有效的方法。在磁控溅射时, 电子被暗场罩或专门附加的阳极吸收掉, 所以, 基体的温度比传统的溅射要低。而且研究表 9`LU=Xv/
明[11, 12 ] , 通过一些特殊手段可以使基体的温度降低到接近室温,而使塑料或其他温度敏感材料可作为基体进行沉积处理。 8r7/IGFg
1998 年Teel Coat ing L td 提出, 在低温下采用磁控溅射沉积高质量T iN、T iCN 镀层技术。根据制件的用途, 在沉积过程中制件的加热温度可降到小于70 ℃, 从而扩大类似镀层可能的使用 5pNvzw
范围[13, 17 ]。 8.Pcr<