氮化钛是一种强度高的新型多功能材料.高硬度.它具有耐磨性高、抗氧化性高的优点,可作为耐磨涂层使用。同时,氮化钛涂层的颜色与黄金非常相似,可作为装饰涂层堆积在首饰或灯具表面,应用广泛。20世纪70年代,氮化钛涂料成功应用于刀具等切割加工,促进了刀具加工行业的发展。刀具涂层的常用制备方法是物理气相积累法(PVD)化学气相积法(CVD)氮化钛涂层常用的制备方法有两大类,具体细分有多种。
一.物理气相积累法
氮化钛涂料的物理气相积累制备应用较多的是多弧和溅射积累方法。
1.多弧堆积法
多弧积累法(MAP)它是一种广泛应用的物理气相积累技术,离化率高,离子能量积累,有助于反应成膜.提高薄膜质量和薄膜与基体的结合力。
缺点:
阴极材料射出的微观颗粒留在多弧技术积累的涂层中“液滴”)。这些颗粒的粒径可以达到几十微米,导致涂层强度减弱.增加外观粗糙度.膜层均匀性降低等缺陷限制了其在恶劣工作环境中的使用。孔洞的缺点也是电弧离子涂层中常见的缺点。根据不同的涂层方法和工艺条件制备的薄膜也有很大的不同。此外,松散和间隙也是电弧离子氮化钛涂层的缺点。
针对多弧技术积累氮化钛涂料的缺点,研究人员对设备进行了研究.这个过程得到了改进。如果选择磁过滤阴极弧等离子体堆积设备(FCAP)准备氮化钛涂料。
优点:
该方法利用磁场的旋转力来提高弧点的旋转速度,减少弧点在目标表面的停留时间,然后降低弧点标准,在一定程度上消除微粒组,减少柱结构,制备更精细的氮化钛涂层结构.表面越来越润滑.晶粒比较细FCAP采用方法制备的氮化钛涂层具有较高的硬度和结合力。
2.磁控溅射堆积
溅射是入射粒子和目标之间的碰撞。目标原子被击中后,它们获得足够的能量,与目标材料分离,并在基体上积累。常用的溅射方法,溅射功率不高。为了提高溅射功率,增加了磁控技术。磁控溅射源中的磁场是均匀关闭磁场的方法,称为平衡磁控溅射法。
优点:
这种方法,无论是平面目标还是柱状目标,都使用平行于目标表面的磁场组件来限制目标表面二次电子的螺旋运动。为了提高氩气的离子化率和溅射率。
缺点:
这种磁场结构的缺点是,高密度等离子体区域只能分布在目标表面附近,整个涂层室的等离子体密度较低。因此,在氮化钛涂料的积累中,由于金属离化率较低,氮化物产生.钛两种元素不易反应形成氮化钛膜,工艺难度大,膜层颜色稳定性差,只能将工件放置在距离目标50~100的距离上mm在范围内。如此小的有用镀膜区限制了待镀工件的标准,限制了磁控溅射镀膜技术的生产功率和应用范围。
二.化学气相积法
氮化钛涂层的化学气相积累方法制备相对是很广泛。主要原因是化学气相积累法进展较晚,制备条件较为严峻。
优点:
氮化钛涂料采用化学气相积累法制备,设备相对简单,操作方便,工艺再现性好。此外,氮化钛涂料与基体的化学结合具有优异的松弛性和良好的涂层耐受性,可用于杂乱零件。
缺点:
但CVD常用的工艺NH3.H2S气体具有毒性或腐蚀性,或对空气和湿度敏感,制备过程不易控制。