多弧离子镀TiN薄膜颜色性能的研究

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多弧离子镀与磁控溅射联用镀制TiN-SiO2复合装饰薄膜的研究

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
多弧离子镀与磁控溅射联用镀制TiN/SiO2 复合装饰薄膜
的研究
本文结合多弧离子镀和磁控溅射两种镀膜方法的优点，制备了
TiN/SiO2 复合薄膜。

通过扫描电镜可以观察到，制备的复合膜比单纯的氮化钛薄膜更加致密和光滑，基本消除了大颗粒的影响。

另外，可以通过控制溅射SiO2 的时间实现对膜层色度的控制。

在本文的试验条件下，当氧化硅溅射时间为30 min 时，得到的膜层为咖啡色，当氧化硅溅射时间为1 h，膜层为玫瑰红色。

采用两种镀膜手段联用的方法，可以得到高品质，颜色丰富的膜系。

氮化钛膜是一种黄色系的装饰涂层，且具有良好的耐磨性，因此在装饰
领域应用非常广泛。

采用多弧离子镀法在金属表面制备氮化钛装饰层具有成膜速度快，膜层和基底结合力好的优点，被国内许多装饰镀膜相关的厂家所采用。

但是这种镀膜方式也存在着一些不足：
①色度难控制：这是因为在离子镀膜过程中首先将镀膜材料蒸发成蒸
气，是一个快速不易精确控制的过程，导致膜层的厚度不容易控制，为了得到特定厚度和色系的薄膜，镀膜时间需要精确到秒，因此，对操作人员提出很高的要求，需要操作人员具有丰富的经验；
②大颗粒污染问题：多弧离子镀膜过程中，由于电弧阴极斑在靶材表面
滚动燃烧时不断产生中性团簇，这些团簇与等离子体一道喷发出来，沉积到膜层表面，形成大颗粒，造成表面的污染，进而影响膜层的性能。

用磁控溅射设备制作膜材料是在20 世纪40 年代发展起来的，并随着晶
体管和CD 等的发展而得到普及和广泛应用，逐步成为产品制造的一种常用手段。

磁控溅射镀膜，膜厚容易控制且膜层致密：控制真空室中的气压、溅射功。

多弧离子镀调查研究报告

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)1 物理气相沉积技术 (4)1.1物理气相沉积技术种类 (4)1.2物理气相沉积技术主要厂商 (4)1.2.1 PLATIT涂层设备公司 (4)1.2.2 赛利涂层技术有限公司 (5)1.2.3 欧瑞康巴尔查斯有限公司 (5)1.2.4 德国PVT涂层有限公司 (5)1.2.5 瑞士Sulzer (5)1.2.6 亚特梯尔镀层科技有限公司 (6)1.2.7 爱恩邦德技术有限公司 (6)1.2.8 豪泽（Hauzer）技术镀层公司 (6)1.2.9 北京丹普表面技术有限公司 (7)1.3 物理气相沉积技术总结 (7)2多弧离子镀 (7)2.1多弧离子镀原理及工艺 (7)2.2多弧离子镀工艺特点 (8)2.3多弧离子镀膜设备 (8)2.3.1多弧离子镀膜设备构成 (8)2.3.2多弧离子镀膜设备厂家 (9)3多弧离子镀技术制备银膜 (10)3.1多弧离子镀设备制备银膜的特点 (10)3.2破坏银膜的主要因素 (10)3.3多弧离子镀设备制备银膜的改善 (10)4生产成本分析 (11)4.1成本分析的目的 (11)4.2成本分析的根本任务 (11)4.3影响产品成本的主要因素： (11)4.3.1建厂时带来的固有因素 (11)4.3.2宏观经济因素 (11)4.3.3企业经营管理因素 (12)4.3.4生产因素 (12)4.3.5其他影响因素 (12)5多弧离子镀工艺问题分析和改进方向 (12)5.1基体沉积温度 (12)5.2反应气体压强与流量 (12)5.3 靶源电流 (13)5.4基体负偏压 (13)5.5基体沉积时间 (13)6结语 (14)1 物理气相沉积技术1.1物理气相沉积技术种类物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术是在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

多弧离子镀膜技术的主要工艺参数与涂层性能的关系

多弧离子镀膜技术的主要工艺参数与涂层性能的关系由于影响涂层质量的因素多而复杂，因此研究工艺参数与涂层性能指标之间的关系，以实现涂层性能预测与工艺优化设计，始终是研究人员致力的目标。

国内外研究表明多弧离子镀膜的主要工艺参数有：基体沉积温度、反应气体压强与流量、靶源电流、基体负偏压、基体沉积时间等。

实验对多弧离子镀制备TiC薄膜的工艺与性能进行了研究，得出各工艺参数对涂层显微硬度和涂层/基体结合力的影响程度。

对显微硬度影响程度的主次顺序是反应气体流量、沉积时间、基体负偏压、靶源电流；对涂层/基体结合力影响程度的主次顺序是沉积时间、反应气体流量、基体负偏压、靶源电流。

实验采用多弧离子镀方法制备了TiN/Cu纳米复合涂层，研究了工艺参数对涂层硬度的影响，结果表明对显微硬度影响程度的主次顺序是反应气体压强、沉积时间、基体沉积温度、基体负偏压。

基体沉积温度基体沉积温度对涂层的生成、生长及涂层的性能产生直接的影响。

根据吉布斯的吸附原理可知，温度越高基体对气体杂质的吸附越少。

因此，一般说来，基体沉积温度高，有利于涂层的生成、生长，增大沉积速率；也有利于提高涂层与基体的附着力，使涂层晶粒长大，表面平整光亮。

但温度太高，会引起晶粒粗大，强度和硬度下降。

实验采用多弧离子镀技术在高速钢表面沉积了TiN涂层，研究了不同沉积温度下TiN涂层的表面硬度与涂层/基体的结合力，结果表明在保证基体材料不过热的前提下，提高沉积温度有利于提高TiN涂层的性能。

并得出了最佳的沉积温度为500℃，此时TiN涂层的硬度、涂层/基体结合力与刀具性能最佳。

对刀具进行涂层时，为使涂层与基体牢固结合，提高涂层质量，需在涂层前将基体加热到一定温度。

对于高速钢刀具一般为500℃左右，硬质合金刀具一般在900℃左右。

反应气体压强与流量反应气体的压强与流量大小直接影响涂层的化学成分、组织结构及性能。

实验在W18Cr4VCo5高速钢基体上采用多弧离子镀技术制备了TiAlN涂层，研究了N2分压对熔滴形成的影响，结果表明随N2分压的增加，涂层中颗粒和熔滴的密度、直径减小，主要是通过靶材表面零中毒，不形成氮化物从而提高材料的熔点引起的。

电弧离子镀不同色泽TiN薄膜的工艺研究

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３２・
Ｍａｙ．２０１３
ＰｌａｔｉｎｇａｎｄＦｉｎｉｓｈｉｎｇ
Ｖｏ１．３５Ｎｏ．５ＳｅｉａｒｌＮｏ．２４２
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ３８４９．２０１３．０５．００９
个工艺参数对ＴｉＮ薄膜色泽的影响。结果表明，氮气压强对ＴｉＮ薄膜的色泽有明显的影响和控制作用。随着氮气分压的增大，薄膜的色泽由浅黄色向红棕色变化。实验发现，基体偏压对膜层的色
泽也有一定的影响，当氮气分压一定时，施加偏压所得ＴｉＮ薄膜比不施加的颜色更浅。可见，通过调节基体偏压和氮气流量，可以获得所需颜色的ＴｉＮ薄膜。
Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｉＮｉｌｆｍｓ，ｉｄｅａｌｃａｎｄｉｄａｔｅｓｆｏｒｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ，ｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｏｎｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｂｙａｒｃｉｏｎｐｌａｔｉｎｇ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｐａｒｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｉａｓｖｏｌｔａｇｅｏｎｃｏｌｏｒｏｆｔｈｅｉｆｌｍｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｈｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｎｉｔｒｏｇｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅｈａｄｏｂｖｉｏｕｓｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｉｌｆｍｓｃｏｌｏｒｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍｐａｌｅｙｅｌｌｏｗｔｏｒｅｄｄｉｓｈｂｒｏｗｎｗｉｔｈｎｉｔｒｏｇｅｎｐａｒｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｉａｓｖｏｌｔａｇｅａｌｓｏｈａｄｃｅｔａｒｉｎｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｃｏｌｏｕｒｏｆｉｌｆｍｓ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＴｉＮｉｌｆｍｄｅｐｏｓｉｔｅｄｗｉｔｈｏｕｔｂｉａｓｖｏｌｔａｇｅ，ＴｉＮｉｌｆｍｆａｂ— ｒｉｃａｔｅｄｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｂｉａｓｖｏｌａｔｇｅｈａｄａｌｉｇｈｔｃｏｌｏｒｕｎｄｅｒｓａｍｅｎｉｔｒｏｇｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅ．ＳｏＴｉＮｉｌｆｍｗｉｔｈｐｒｅ — ｓｃｒｉｂｅｄｃｏｌｏｒｃｏｕｌｄｂｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｐｐｒｏｐｉａｒｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎｐａｒｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｅｒｔａｉｎｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｉａｓ

电弧离子镀TiN薄膜的制备及其特性研究的开题报告

电弧离子镀TiN薄膜的制备及其特性研究的开题报告一、研究背景和意义电弧离子镀技术是一种非常重要的表面处理技术，主要由高频离子源、真空环境、负极电源和靶材等组成。

它可以制备出高质量、高硬度和高抗腐蚀性的陶瓷、金属和合金薄膜，具有广泛的应用前景，例如：在航空航天、电子、光学、医疗、汽车等领域具有重要的应用。

其中，镀TiN薄膜是电弧离子镀技术的一个典型应用，它可以提高金属表面的硬度和耐腐蚀性，延长材料使用寿命。

二、研究内容和方法本研究计划采用电弧离子镀技术制备TiN薄膜，并对其物理和化学特性进行研究。

具体研究内容和方法如下：1.准备电弧离子镀设备和工艺参数首先，我们将准备电弧离子镀设备和所需的工艺参数，例如真空度、镀膜时间、沉积温度以及靶材的种类、形状、尺寸和纯度等等。

这些参数将被精心优化以获得高性能的TiN薄膜。

2.制备TiN薄膜其次，我们将使用电弧离子镀技术制备TiN薄膜，通过调整各种工艺参数，使得薄膜的质量得到最佳的保证。

在制备过程中，需要采用表面处理技术，例如放电抛光、焊接和清洗，来准备样品表面。

3.测试TiN薄膜的物理和化学特性最后，我们将对TiN薄膜进行系统的物理和化学测试，例如表面形貌、显微结构、化学成分、晶体结构、机械性能和耐腐蚀性等。

测试将包括一系列表面分析技术，例如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、原子力显微镜、拉力试验、硬度测试和电化学测试等。

三、研究预期结果和创新点本研究旨在制备高性能的TiN薄膜，并对其物理和化学特性进行研究。

预期结果包括：1.制备质量高、性能优良的TiN薄膜我们将优化各种工艺参数，以获得高性能的TiN薄膜，包括高硬度、高密度、高抗腐蚀性和低摩擦系数等。

2.深入理解TiN薄膜的物理和化学特性我们将使用先进的表面分析技术，如扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、拉力试验、硬度测试和电化学测试等，深入研究TiN薄膜的物理和化学特性，例如表面形貌、晶体结构、化学成分和机械性能等，从而更好地理解TiN薄膜的性能。

多弧离子镀(Ti,Cr)N膜层工艺及性能

ｓｒｎｔｅｎ，ｔｅｈｎｇｇｉ
Ｋｅｒｓ：ｍｕ＠ａｃｉｎｐａｉｇ；（，）ｆｍ：ｔｃｎｌｇｎｒｐｒｙｙｗｏｄｌｒｌｔｏｎＴｉＣｒＮｌｉｅｈｏｏｙａｄｐｅｔｏ
１引
言
镀膜基材采用Ｗ６５ｒＶ２高速钢，寸为Ｍｏｃ４尺
回火三次，３５ＨＣ。６￣６Ｒ
维普资讯
第２卷第３６期２０年３月０２
工
程
材
料
Ｖｏ＿２Ｎｏ３ｌ６．
Ｍａ．２０ｒ０２
ＭｅｈｎｃｌＥｎｉｅｒｎｃａｉａｇｎｅｉｇ
多弧离子镀（ｉＣ）Ｔ，ｒＮ膜层工艺及性能
Ｍｕｔ－ｒｏａｉｇｌｉａｃＩｎＰｌｔｎ
ＬＵ（ｎｉ，Ｕｉｇｘｎ，Ａｏｓｕ１ｎＱＪｎ－ｉｚＰＮＧｕ－＃ｈ
（．ＣｉａＡｇｉｌｒｉｅｓｙＢｉｎ００３．ＣｉａＵｎｖｒｉｆｎｎ１ｈｎｒｕｔｅＵｎｖｒｉ，ｅｉｇ１０８；２ｈｎｉｅｓｙｏｉｇ＆ｃｕｔｊｔＭｉ
了多弧离子镀工艺对膜层性能的影响，定了最佳镀膜工艺参数．讨了多元膜层的强化机理结确探果表明：膜层硬度及膜基结合力随偏压的增大而增大．膜层硬度随氮分压的升高而增夫，隙率随孔
氮分压的升高而增夫（，ｒＮ多元膜层强化机理主要是：ＴｉＣ）晶粗细化、固溶强化、多元素优化。关键词：多弧离子镀；（ｉＣ）多元膜层；工艺与性能Ｔ，ｒＮ

Mo_C离子注入多弧离子镀TiN薄膜研究

第27卷第3期　2009年5月物理测试Physics Examination and Testing　Vol.27,No.3May.2009Mo +C 离子注入多弧离子镀TiN 薄膜研究王　玉1,　陶　冶1,　刁训刚2,　庞　浩1(1.北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191;2.北京航空航天大学理学院,北京100191)摘　要:Mo +C 离子注入TiN 薄膜后,在TiN 薄膜注入层形成纳米纤维结构。

纳米纤维丛排列整齐,结构完整,长度较长,均匀弥散在TiN 晶体中。

在距离表面深度为50～150nm 的区域,也能够产生TiN 纳米纤维,但长度较短,排列基本规则。

能谱分析显示,注入能量为80keV 的Mo 离子注入TiN 薄膜表面内的注入投影射程为50nm 左右,但离子注入的影响区域远大于投影射程;新生成的纳米纤维丛为富Mo 相,Mo 含量为17%～25%。

Mo +C 二元注入的表面强化效果优于Mo 一元注入,较高剂量的Mo +C 注入条件下,TiN 薄膜表面显微硬度更高。

关键词:多弧离子镀;TiN ;离子注入;TEM中图分类号:T G 174.445 文献标识码:A 文章编号:100120777(2009)0320032205R esearch on Mo +C Implantation into TiN Film byMulti 2arc Ion PlatingWAN G Yu 1,　TAO Ye 1,　DIAO Xun 2gang 2,　PAN G Hao 1(1.Institute of Materials Science and Engineering ,Beihang Univ ,Beijing 100191,China ;2.Institute of Science ,Beihang Univ ,Beijing 100191,China )Abstract :After the Mo +C ion implantating ,the nano fiber structures were formed in the surface of TiN film.The fiber had a diameter of 2～10nm ,and dispersed uniformly in the TiN film surface.With the help of energy transfer to the deeper zone of the TiN film ,nano fiber structures were observed in the fields beneath the surface at 50～150nm.But the fibers in this zone were shorter in length ,and had more defects.EDS showed that ,when ion energy of 80keV was used ,the projected range of Mo on TiN was about 50nm ,but Mo ion implantation had a much larger affected zone.The new dispersed phase was rich in Mo ,and it contained Mo about 17%～25%.By testing the HV hardness ,the dual ion implantation of Mo +C is much better than the unitary ion implantation of Mo.The Vickers hardness increased with the ions ’dose.K ey w ords :multi 2arc ion plating ;TiN ;ion implantation ;TEM作者简介:王　玉(19862),男,硕士生; E 2m ail :ttaoye @ ; 修订日期:2008212202 TiN 薄膜由于其具有高硬度、低摩擦系数、独特的颜色以及良好的生物相容性等,在机械工业、医学及微电子工业领域得到广泛应用,并成为目前工业研究和应用最为广泛的薄膜材料之一[1]。

不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
不同弧源电流TiN 薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究
本文使用A
TiN 薄膜具有较高的硬度和优良的耐磨、耐腐蚀性能，是目前研究最多的硬质薄膜之一，广泛应用于电子、工模具以及装饰行业等。

近几十年来，由于具有金黄色的颜色，TiN 薄膜在装饰行业已经成功地获得了广泛的应用，在机械行业，TiN 薄膜在刀具、钻头、模具上也获得了成功的应用，可显著提高其使用寿命，但TiN 薄膜的性能受沉积条件的影响很大，人们对于影响TiN 薄膜性能的各种参数已进行了大量的研究，而弧源电流作为一个重要的参数，对TiN 薄膜的结构及性能有重要的影响，尤其是对其摩擦学性能影响更为显著。

本文利用A
1、实验材料与方法
chvacuum/application/film/042923.html
2、实验结果及分析
2.1、弧源电流对TiN 薄膜表面形貌的影响
chvacuum/application/film/042924.html
2.2、弧源电流对TiN 薄膜沉积速率的影响
chvacuum/application/film/042925.html
2.3、弧源电流对TiN 薄膜硬度的影响
chvacuum/application/film/042926.html
2.4、弧源电流对TiN 薄膜摩擦系数的影响
chvacuum/application/film/042927.html
3、结论。

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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
多弧离子镀TiN 薄膜颜色性能的研究
用多弧离子镀技术在3Cr13 不锈钢表面沉积TiN 薄膜，用扫描电子显微镜和可见光分光光度计研究了大颗粒、氮气流量与靶电流对膜层颜色性能的
影响及其作用规律。

结果表明，大颗粒由表面结晶层、中间层和液滴层组成，
大颗粒数量较少时不会影响薄膜的颜色性能。

增加氮气流量，样品的反射率呈
下降趋势，颜色坐标红/绿值a* 和黄/蓝值b* 增大，明度L* 减小，彩度指数C*ab 增大，色调角H*ab 减小，薄膜颜色由银灰色逐渐变化为深黄色; 然而，随着靶电流的增大，色调角H*a b 增大，彩度指数C*ab、红/绿值a* 和黄/蓝值b* 减小，薄膜颜色从深黄色逐渐变为银白色。

靶电流的变化改变了膜层中钛和氮
的原子比，可对氮气流量的变化起到补偿作用。

不锈钢本身具有优良的耐蚀，耐磨等特性，目前已广泛应用于日用、汽
车工业、建筑等方面，随其需求领域的扩大，彩色不锈钢悄然问世。

彩色不锈
钢不仅增加了装饰性和艺术性，而且提高了钢的耐蚀性和耐磨性。

如今，彩色
不锈钢的应用越来越广，要求也越来越高。

不锈钢的表面技术处理技术直接影
响着彩色不锈钢的应用和发展，对研究不锈钢表面着色具有较大的实用价值和
实际意义。

TiN 薄膜具有硬度高，化学惰性好，颜色独特等优点，在耐磨和耐腐蚀的表面涂层，半导体的扩散阻挡层，装饰行业等均有广泛应用。

采用多弧离子
镀技术在金属表面制备仿金氮化钛装饰膜层具有生产效率高、工艺成本低、膜
层性能稳定等优点，该方法已经进入实用化的生产阶段。

本文旨在系统研究大
颗粒、氮气流量与靶电流对膜层色泽的影响及其变化规律，为采用多弧离子镀
制备氮化钛仿金装饰膜及优化膜层色泽提供依据。