一钠乏、引言

本世紀六十年代末,用化學氣相沉積(CVD)法在硬質(zhì)合金刀具表面沉積TiN和TiC等硬涂層的技術(shù)被工業(yè)界廣泛應(yīng)用,這些硬涂層一般可使刀具壽命提高4倍以上,極大地改善了刀具的切削性能,提高了切削效率话瞧。但由于CVD法的涂覆溫度在1000℃以上,因此不適宜用于高速鋼刀具的涂層。八十年代初,用物理氣相沉積(PVD)法成功地實現(xiàn)了對高速鋼刀具和硬質(zhì)合金刀具的涂層檬撒。此后,各種新的涂層方法和涂層材料不斷出現(xiàn),目前刀具涂層技術(shù)的研究和開發(fā)正方興未艾顺丸。

二、刀具PVD涂層方法

目前常用的刀具PVD涂層方法主要有以下六種:低壓電子束蒸發(fā)(LVEE)法促军、陰極電弧沉積(CAD)法短即、三極管高壓電子束蒸發(fā)(THVEE)法、非平衡磁控濺射(UMS)法等灾、離子束協(xié)助沉積(IAD)法和動力學離子束混合(DIM)法宜抓。

這幾種涂層方法的原理有相似之處,都是通過氣相反應(yīng)過程,使蒸發(fā)或濺射出的金屬原子(或引入反應(yīng)室的氣體原子或離子)發(fā)生氣相反應(yīng),從而在刀具表面沉積出所要求的化合物。

這幾種涂層方法的主要差別在于沉積材料的氣化方法不同(或通過蒸發(fā)或通過濺射),以及產(chǎn)生等離子體的方法不同(導(dǎo)致等離子體中的離子數(shù)莫金、電子數(shù)矫第、中子數(shù)不同),致使成膜速度和膜層質(zhì)量存在差異。

LVEE法能有效地離化蒸發(fā)的原子,離化率可達50%洽咬。CAD法利用電弧產(chǎn)生的火花從靶面蒸發(fā)材料,且能有效離化蒸發(fā)原子和反應(yīng)氣體,離化率高達90%浑擎。高離化率可促進氣相反應(yīng),形成與基底附著力強的致密涂層。

但CVD法容易產(chǎn)生直徑達1～15μm的金屬液滴(稱為宏觀粒子),這些宏觀粒子埋入生長膜,會損害涂層的表面光潔度工斤。采用電弧過濾可獲得較高的沉積速度,但由于高壓電子束的離化截面小,因而離化效率較低,THVEE法則可克服這一缺點,且離化率可通過改變其它工藝參數(shù)加以控制卷雕。

UMS法的沉積速度很快,能產(chǎn)生非常致密且附著力強的膜層,但由于多元濺射靶各組元的飽和蒸發(fā)氣壓不同,致使膜層的成分較難控制。多靶磁控濺射系統(tǒng)可以同時濺射幾種不同的靶源材料,從而可有效控制膜層的化學成分票从。磁控濺射可保持襯底溫度在200℃以下漫雕。

IAD法是應(yīng)用較為廣泛的刀具涂層方法,可有效地沉積各種硬涂層。在沉積之前,需對襯底進行濺射以去除基體表面的氧化層,這樣可提高涂層質(zhì)量,使膜層與襯底的結(jié)合更為牢固峰鄙。

DIM法利用低能濺射源對靶源材料進行轟擊浸间、濺射和沉積,再通過高能離子注入機對襯底進行注入混合,從而可獲得較其它涂層方法具有更高膜-基結(jié)合強度的涂層。對膜層的AES研究表明,在襯底與膜層之間有一混合層,正是這一混合層提高了襯底與膜層的結(jié)合強度吟榴。

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