多弧离子镀技术及其应用
多弧离子镀技术及其应用
CrN Metal ~2,000
★ ★★★ ★★★
★★
金属, 机械配件 (耐腐蚀性 )
PVD 涂层应用举例-TiN
离合器 PUNCH
材质 : SKD11 膜厚度: 3 ~4 涂层膜种类 : TiN 用途 : 汽车离合器
立端刀, 滚刀等
化妆品MIX
膜厚度 : 3 涂层膜种类 : TiN
材质 : SKD11 膜厚度: 3 涂层膜种类 : TiN 用途 :立端刀等 切割工具
PVD 涂层应用事例-TiAIN
工具类(钻孔机) 材 质 : HSS 膜厚度：3~4 涂层膜种类：TiAIN
Circular Saw Blade 材 质 : HSS 膜厚度：3~4 涂层膜种类：TiAIN
指甲修整用,砂纸切断用金属 材 质 : HSS 膜 好
慢 只能镀直射 表面
能镀直射表
慢
面，但非直 射表面结合
力差
快
能镀除深孔 外全部表面
涂层的特性
• ● 高硬度 • ● 高密度的组织 • ● 平滑表面 • ● 低磨擦率 • ● 化学 稳定性及无反应性 • ● 低热传导 • ● 密着特性
涂层的功能
改善性能：耐磨、减摩、表面防护等 改变功能：使其具有光、电、磁、生物特性等 完整性：整体材料的性能+表面材料新特性 产品品质：大大提升，可实现产品微小化和功能化 技术经济效益：成倍提高
传统工艺
现代工艺
备注
工艺类型 表面热处理，表面化学处 多弧离子镀，磁控离子 理，表面机械强化，电镀 镀等离子喷涂
硬度
900-1200Hv
1800-2800Hv
典型
表面组成 原材料+成分变化 表面性能 略有改变 整体性能 量变
多弧离子镀—课堂演讲ppt
汇报人Baohua Wu 12091024
Contents
1 2 3 4
研究背景
原理理论 应用现状 与磁控溅射对比
Background
发展历程
多弧离子镀属于离子镀的一种改进方法, 是离子镀技术中的皎皎者, 最早
由苏联人开发, 80年代初, 美国的MultrArc公司首先把这种技术实用化.
B
金属离化率高, 可达80% 以上, 因此镀膜速率高, 有利于提 高膜基附着性和膜层的性能.
C
一弧多用. 电弧既是蒸发源和离化源又是加热源和离子 溅射清洗的离子源.沉积速度快, 绕镀性好.
D 入射粒子能量高, 膜的致密度高, 强度和耐磨性好.
工件和膜界面有原子扩散, 因而膜的附着力高.
在高速钢刀具上的应用
TC4 钛合金表面制备了TiN 膜层
表面形貌
磁控溅射TiN 膜层表面光滑致密，无明显缺。 多弧离子镀TiN膜层表面有很多白亮色小颗粒存在这主要是由于弧光 放电时Ti 靶上熔化的微小液滴沉积到试样表面凝固后所形成的。
表面显微硬度
制备TiN 膜层在不同冲击周次时的冲坑形貌
多弧离子镀(multi-arc ionplating)
在装饰上的应用
t
钟表行业上的应用
航空发动机中的应用
人工关节
实验发现钛合金并非理想的球头材料。
有人曾进行氮化钛涂层的生物实验, 发现在 金属周围骨的有机成分的形成有下降的趋势。 这样就不利于无骨水泥人工关节的骨内生长 的固定作用。 因此只适用于股骨头球部处理, 不宜用 于柄部表面处理。
理上. 国外用离子镀技术制备了性能更好的 优质复合膜层, 正研究用于喷气发动机的叶 片制造上.
在冲孔冲模上的应用
多弧离子镀膜机的工作原理和应用介绍
多弧离⼦镀膜机的⼯作原理和应⽤介绍真空镀膜机⾏业最长见的镀膜技术有电阻蒸发镀膜，多弧离⼦镀膜，磁控溅射镀膜，也是⽇常最常⽤的镀膜技术，三种
镀膜技术，各⾃有各⾃的优势，像电阻蒸发镀膜技术⼀般镀熔点低，易汽化的膜材，多弧离⼦镀膜技术的对⼯件材料就是要求⽐较的严格，⽽磁控溅射镀膜技术⼏乎什么材料都能，应⽤⾮常⼴泛，在这就不详细多讲。
真空⾏业中多弧离⼦镀膜机使⽤的是多弧离⼦技术，那么汇成真空⼩编今天要讲的是多弧离⼦镀膜机的⼯作原理和应⽤介绍有哪些？
多弧离⼦真空镀膜机是⼀种⾼效、⽆害、⽆污染的离⼦镀膜设备，具有沉积速度快、离化率⾼、离⼦能量⼤、设备操作简单、成本低、⽣产量⼤的优点。
离⼦镀膜其实是离⼦溅射镀膜，对于导电靶材，使⽤直流偏压电源；⾮导电靶材，使⽤脉冲偏压电源。
有的多弧离⼦镀膜机，可能还需要直流电弧电源或脉冲电弧电源。
偏压电源其实就是在阴极和样品所在位置的阳极之间形成偏压电场，⼀般是阴极加负⾼压。
阴极表⾯的⾃由电⼦在电场作⽤下定向加速发射，发射电⼦轰击⽓体分⼦，使之电离，并且⽓体被驱出的电⼦被电场加速，继续电离其他⽓体分⼦，连续不断，形成雪崩效应，⽓体被击穿，形成恒定的电离电流。
此时离⼦也被加速，轰击靶材，将靶材中的原⼦驱除出表⾯，并沉积在样品表⾯。
多弧离⼦镀膜机的应⽤，多弧离⼦镀膜机⽤于不同档次五⾦产品，⼀般的建筑五⾦件、锁具，⽤多弧离⼦镀膜设备可胜任，中⾼档次产品如表带、表壳、眼镜框、⼿机壳、⾼尔夫球具、卫浴洁具、饰品等，⼀般采⽤电弧/中频（+直流）磁控溅射复合型镀膜设备，根据装载量选⽤⼤⼩机型。
该设备可镀黄⾦⾊、玫瑰⾦、咖啡⾊、棕⾊、古铜⾊、蓝⾊等装饰膜。
离子镀膜技术概述
图 1.7 受控电弧蒸发源
6
1—线圈 2—冷却水 3—点弧源 4—钛阴极 5、6—导磁环 7—磁轭
图 1.4 为阴极自然冷却，用电启动器进行引弧的电弧发源示意图。弧光蒸发 源由圆锥状阳极、圆板状阴极组成。采用 200A、30V 的直流电源。引弧电极设 在阴极附近，通过绝缘材料，利用与阴极间的火花进行引弧。图 1.5 为阴极强制 冷却的电弧蒸发源。 圆板状阴极从背后用水等强制冷却，绝缘材料将圆锥状阳极 与阴极隔开。 在弧光蒸发源周围防止磁场线圈，引弧电极安装在有回转轴的永久 磁铁上。磁场线圈中无电流时，由于作用于永久磁铁的磁力使轴回转，引弧电极 从阴极离开。通过此电极与阴极接触和分离时的火花实现引弧。图 1.6 是离子枪 型多弧离子镀蒸发源，其特点是蒸发源可移动，阴极面积小，离子束以很窄面积 发射出来。因阴极小，在厚度方向消耗快，所以把阴极制成圆柱状可从后慢慢推 出连续使用。图 1.7 为采用外加横向磁场以提高弧斑在阴极表面上的于东速度的 受控电弧蒸发源。阴极直接水冷，采用电磁线圈以便调节磁场强度。 1.3.1.2 国内早期设备 从 1985 年开始我国几家刀具生产厂先后从美国引进了多台多弧离子镀膜机， 在此基础上， 国内掀起了多弧离子镀膜设备研究开发的热潮，很多科研院所和生 产厂家纷纷研制国产设备， 对国外的设备进行了消化和吸收，并逐步形成了自己 的技术。
图 1.4 阴极自然冷却电弧光蒸发源示意图 1—真空室 2—基板 3—阳极 4—火花间隙 5—阴极 6—绝缘 7—引弧电源 8—DC 电源
5
图 1.5 阴极强制冷却的电弧光蒸发源示意图 1—直流电源 2—磁场线圈 3—绝缘体 4—阳极 5—阴极 6—引弧电源 7—复位弹簧 8—冷却水
图 1.6 离子枪型多弧离子镀蒸发源 1—气体 2—屏蔽 3—阳极 4—阴极 5—气体喷嘴 6—水套
离子镀膜技术概述
可镀制的膜层包括几乎全部金属盒部分合金材料。而且，在镀制合金镀层时，该 方法所获得的膜层能保留靶源合金材料的成分比例不变。因此，阳极真空电弧镀 膜方法出现伊始就引起了广泛重视。 1.3.2.3 辅助阳极技术 辅助阳极多弧沉积技术所用弧源与偏压电源和一般的阴极电弧沉积设备相 同， 其目标是提供一种真空电弧沉积装置，不是通过等离子流中离子在进行离子 清洗和基体加热， 而是通过增强此阶段中使用的气体的离化率的一种辉光放电来 达到。 由于辅助阳极的点位相对于等离子体为正，部分等离子体中的电子加速移 向阳极， 获得相应电势差加速带来的能量。此外还可以通过气体的离子轰击基材 表面来达到清理和加热， 防止形成有害的中间层。进一步的发明在于辅助阳极采 用磁性材料制成。为防止大颗粒污染基体表面，对部分阴极靶安装了隔离装置。 它可在两个位置上移动， 一个位置完全挡住靶与基体的直线距离位置，另一位置 完全打开通道。 前一位置主要用在清洗、 加热阶段。 图 1.11 为辅助阳极示意图。
镀膜技术
一、多弧离子镀
多弧离子镀技术是采用阴极蒸发源的一种离子镀技术。 阴极电弧蒸发源可以 是 Ti、Al、Zr、Cr 等单相靶材也可以是由它们组成的多相靶材。多弧离子镀应 用面广，实用性强，除了具有其他各种离子镀方法的广泛用途之外，特别是在高 速钢刀具镀覆 TiN 涂层的应用方面发展的最为迅速，并进入了工业化阶段。
图 1.3 阴极靶表面离化区域示意图
离化区域的空间电荷， 是导致加速区强电场的主要原因，该电场一方面使电 子加速离开阴极表面， 另一方面也使得离子回归阴极表面，该回归的离子流可能 导致阴极表面温度在一定程度上的增加。此外，回归的离子流对熔池表面的冲击 作用可能是液滴喷溅的原因， 这可以与一杯水在表面受到冲击时产生的喷溅现象 相类比。按照这种解释，在阴极表面附近只有离子和液滴向外空间发射，即在基 片上只能接收到离子和液滴，而无中性原子。
多弧离子镀调研报告
多弧离子镀调研报告 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-多弧离子镀技术的现状调研引言物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术，并向着环保型、清洁型趋势发展。
20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面得到越来越为广泛的应用。
离子镀技术是在真空蒸镀和真空溅射的基础上于20世纪60年代初发展起来的新型薄膜制备技术，于1963年由D．M．Mattox提出，1971年Chamber等发表了电子束离子镀技术，1972年又出现了反应蒸发镀（ARE）技术，并制作了TIN及TIC超硬膜。
同年，MOLEY和SMITH将空心阴极技术应用于镀膜。
多弧离子镀属于离子镀的一种改进方法，是离子镀技术中的皎皎者。
最早由苏联人开发，80年代初，美国的Multi-Arc公司首先把这种技术实用化，至此离子镀达到工业应用水平。
离子镀种类很多，蒸发远加热方式有电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热等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。
由于多弧离子镀技术具有镀膜速度高，膜层的致密度大，膜的附着力好等特点，使多弧离子镀镀层在工具、模具的超硬镀膜、装饰镀膜等领域的应用越来越广泛，并将占据越来越重要的地位。
离子镀技术是当前使用面最为广泛、最为先进的表面处理技术之一，而多弧离子镀更是其中的佼佼者。
据不完全统计，国内外有近一半以上表面处理使用多弧离子镀技术，尤其是那些需要耐磨、耐蚀及特殊要求的场合。
随着社会的进步，科学的发展，离子镀技术必将加完善。
目录引言................................................................1 物理气相沉积技术..................................................物理气相沉积技术种类............................................物理气相沉积技术主要厂商........................................PLATIT涂层设备公司.........................................赛利涂层技术有限公司.......................................欧瑞康巴尔查斯有限公司.....................................德国PVT涂层有限公司.......................................瑞士Sulzer .................................................亚特梯尔镀层科技有限公司...................................爱恩邦德技术有限公司.......................................豪泽（Hauzer）技术镀层公司.................................北京丹普表面技术有限公司...................................物理气相沉积技术总结...........................................2多弧离子镀.........................................................多弧离子镀原理及工艺............................................多弧离子镀工艺特点..............................................多弧离子镀膜设备................................................多弧离子镀膜设备构成....................... 错误!未定义书签。
多弧离子镀技术及其在切削刀具涂层中的应用
文献标 识码 ： Ａ
多弧 离 子 镀 作 为物 理 气 相 沉 积 技 术 的 一 个 分
连续、 大小和形状多样、 明亮的斑 点． 它们在阴极表
面 迅 速地 做 不规 则 的游 动 。 一些 斑 点 熄 灭时 又 有些
支，是在真空蒸镀和真空溅射的基础上发展起来的 门新型涂 层制 备技 术 ， 也称 为真空 弧光 蒸镀法 ， 它
空弧光放电理论 。图 １ 为多弧离子镀工作原理示意
图［ 点 燃真 空 电弧后 ， ４ １ ， 阴极 靶 材表 面 上 出现 一 些 不
收稿 日期：０ １０ — ６ ２ １－ ８ ２ 作者简介 ： 邱联 昌（９ ２ ） 男， １８ 一 ， 江西赣州人 ， 硕士 ， 助理工程师 ， 现从事硬质合金涂 层刀片的生产工作 ； 李金 中（９ １ ） 男， １７ 一 ， 湖南株洲人 ， 高级工程师， 长期从事硬质合 金的生产 与管理工作 。
２ 多弧离子镀 的技术特 点
多弧 离 子镀过 程 的突 出特 点在 于它 能产 生 由高 度 离 化 的被蒸 发材 料组 成 的等 离子 体 ，其 中离 子具 有很 高 的动 能 。蒸发 、 离化 、 加速 都 集 中在 阴极斑 点
１６ ９３年 Ｍａｏ 提 出并首 次使用 了离子镀技 术 ｔｘ ｔ ； １７ ９２年 Ｂ ｎｈｈ等 开 发 出活 性 反应 蒸 镀 （ Ｒ ） ｕ ｓａ Ａ Ｅ 技 术【 １７ 年 Ｍｕａａ ａ等发明了射频激励法 离子镀网 ２ ９３ ］ ； ｌｙｍ ；
２ 世纪 ８ 年代，离子镀 已成为世界范围内的一项 ０ Ｏ 高 新技 术产业 ，主要产 品有 高速 钢和 硬质 合金 工具
第２ ６卷第 ５期 ２１ ０ １年 １ ０月
Ｖ０．６， ． １ ２ Ｎ０５ Ｏｃ．Ｏ １ ｔ２ １
多弧离子镀工艺对硬质合金PCB_铣刀涂层性能的影响
多弧离子镀工艺对硬质合金PCB 铣刀涂层性能的影响*杨小璠1， 林海洋2， 陈艺聪2， 纪荣杰2， 沈志煌1， 李凌祥2（1. 集美大学 海洋装备机械工程学院, 福建 厦门 361021）（2. 厦门慧至拓数字制造技术研究院, 福建 厦门 361100）摘要 在硬质合金PCB(printed circuit board)铣刀表面制备高性能的硬质涂层，可以改善切削过程中刀具快速磨损的问题。
采用多弧离子镀涂层技术在YG06硬质合金试片及PCB 铣刀基体上分别制备AlCrN 单涂层、CrN/AlCrN 复合涂层以及AlCrSiN/AlCrN 纳米复合涂层，利用压痕仪及扫描电镜分析观察3种涂层的力学性能及形貌特征，且在相同条件下对3种PCB 涂层铣刀进行涂层性能对比试验，分析刀具磨损机理。
结果表明：3种工艺方案的涂层均有较好的膜基结合力；AlCrSiN/AlCrN 纳米复合涂层铣刀使用寿命最长，约为CrN/AlCrN 复合涂层铣刀的1.5倍，AlCrN 单涂层铣刀的1.9倍；且其涂层的致密性和表面质量最好，更适用于IT158覆铜板的高速切削加工。
关键词 PCB ；多弧离子镀；AlCrSiN/AlCrN 纳米复合涂层；铣削；刀具寿命中图分类号 TG71; TG135.5 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)05-0586-06DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0123收稿日期 2022-08-08 修回日期 2023-01-18印制电路板(printed circuit board ，PCB)是由铜箔、合成树脂和玻璃纤维等组成的层状复合材料，随着人工智能的开发以及工业自动化的升级，PCB 行业发展迅速。
由于PCB 板中铜层的强黏附性以及玻璃纤维增强材料的高磨损性，其铣削过程摩擦阻力大，刀具易出现排屑不良、崩刃、快速磨损等失效形式，较低的刀具寿命导致频繁换刀，已成为制约PCB 板高效加工的主要因素之一[1]。
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万方数据
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多弧离子镀技术及其应用
作者：姜雪峰， 刘清才， 王海波， JIANG Xue-feng， LIU Qing-cai， WANG Hai-bo
作者单位：重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆,400030
刊名：
重庆大学学报（自然科学版）
英文刊名：JOURNAL OF CHONGQING UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)
年，卷(期)：2006,29(10)
被引用次数：4次
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本文链接：/Periodical_cqdxxb200610013.aspx。