离子镀膜机真空机组设计及涂层工艺研究

发布时间：2021-04-18 22:04

为提高切削刀具的耐磨性、耐蚀性以及使用寿命，常在刀具表面涂一层硬质薄膜来满足使用。采用离子镀膜机制备刀具薄膜是薄膜制备的一种重要方法，在刀具行业应用广泛。薄膜通常是在高真空环境下制备的，因此高真空环境的获得对于离子镀膜机尤为重要。本文首先简单介绍了真空技术基本知识，以及几种常用真空获得设备的结构和原理。通过分析比较各种真空泵的优缺点，结合离子镀膜机对真空度的要求，制定了真空系统的总体设计方案。通过流导、抽气速率的具体计算，确定了以扩散泵为主泵，前级泵为罗茨泵+机械泵的高真空机组。经过实际测试，结果证明了该设计方案的可行性。在离子镀膜机中成功制备了TiAlN薄膜，研究了不同的Al靶电流对薄膜性能的影响。通过显微硬度仪、划痕仪、金相显微镜、XRD、SEM和EDS等仪器分别对薄膜的硬度、结合力、表面形貌、物相、断口形貌等主要性能进行了测试分析。结果表明，制备出的样品的宏观颜色受Al靶电流的影响，呈现出不同的颜色，随Al靶电流的增大由黄红色渐变为黑色。显微硬度和结合力测试表明，薄膜的最高硬度为2893HV，最大结合力达到75N。金相观察可看出薄膜表面大致平整，但都有尺寸不一的凹坑，随Al靶电流的增加，薄膜表面变得较为光滑，但当Al靶电流为22A时，薄膜的表面粗糙度又增大。XRD表明Al靶电流较小时，只出现TiN相；当Al靶电流提高到18A时出现了Ti3AlN相，说明Al靶电流的大小决定了沉积到基体表面的Al原子的能量，Al原子的能量只有超过某一临界值时，才可以置换TiN中的Ti原子。扫描电镜可以看到膜层呈柱状晶生长。能谱分析表明膜层中的Al含量随Al靶电流的增加而增大。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG173;TB75

文章目录

摘要

Abstract

1. 绪论

1.1 引言

1.2 薄膜技术

1.2.1 薄膜的形成过程

1.2.2 薄膜的生长方式

1.2.3 影响薄膜生长的因素

1.3 磁控溅射离子镀技术

1.3.1 磁控溅射离子镀设备

1.3.2 磁控溅射离子镀的原理

1.3.3 磁控溅射离子镀的特点

1.3.4 磁控溅射离子镀的发展和应用

1.4 TiAlN 薄膜的结构性能及应用

1.5 本课题研究的目的及意义、内容和技术路线

1.5.1 研究的目的及意义

1.5.2 研究的内容

1.5.3 研究技术路线

2 离子镀镀膜机真空机组的设计

2.1 真空技术

2.1.1 真空的基本概念

2.1.2 真空中气体分子运动理论

2.2 真空获得设备

2.2.1 低中真空获得设备

2.2.2 高真空获得设备

2.3 镀膜机真空机组设计方案及计算

2.3.1 技术要求

2.3.2 主泵的选取

2.3.3 前级真空泵的选用

2.3.4 计算抽气时间

2.3.5 真空测量设备以及阀门的选用

2.3.6 真空机组的工作过程

2.3.7 真空机组结构

3 TiAlN 薄膜的制备及结果分析

3.1 实验设备及材料

3.1.1 实验设备

3.1.2 实验材料

3.2 镀膜工艺流程及参数设置

3.2.1 基体试样的预处理

3.2.2 实验工艺流程

3.2.3 实验工艺参数

3.3 TiAlN 薄膜性能测试及分析

3.3.1 薄膜外观颜色观察

3.3.2 薄膜的金相观察

3.3.3 薄膜增重情况和薄膜厚度

3.3.4 薄膜的显微硬度

3.3.5 薄膜的结合力测定及分析

3.3.6 薄膜的 XRD 检测及分析

3.3.7 断口形貌检测及分析

3.3.8 膜层能谱检测及分析

4. 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢

【参考文献】