離子鍍膜技術(shù)

離子鍍膜技術(shù)
離子鍍在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，并在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物沉積在基片上的方法。其中包括磁控濺射離子鍍、反應(yīng)離子鍍、空心陰極放電離子鍍（空心陰極蒸鍍法）、多弧離子鍍（陰極電弧離子鍍）等。

離子鍍時，蒸發(fā)料粒子是以帶電離子的形式在電場中沿著電力線方向運動，因而凡是有電場存在的部位，均能獲得良好鍍層，這比普通真空鍍膜只能在直射方向上獲得鍍層優(yōu)越得多。因此，這種方法非常適合于鍍復(fù)零件上的內(nèi)孔、凹槽和窄縫。等其他方法難鍍的部位。用普通真空鍍膜只能鍍直射表面，蒸發(fā)料粒子尤如攀登云梯一樣，只能順梯而上；而離子鍍則能均勻地繞鍍到零件的背面和內(nèi)孔中，帶電離子則好比坐上了直升飛機，能夠沿著規(guī)定的航線飛抵其活動半徑范圍內(nèi)的任何地方。
鍍層質(zhì)量好離子鍍的鍍層組織致密、無氣泡、厚度均勻。甚至棱面和凹槽都可均勻鍍復(fù)，不致形成金屬瘤。像螺紋一類的零件也能鍍復(fù)，由于這種工藝方法還能修補工件表面的微小裂紋和麻點等缺陷，故可有效地改善被鍍零件的表面質(zhì)量和物理機械性能。疲勞試驗表明，如果處理得當，工件疲勞壽命可比鍍前高百分之二、三十。離子鍍技術(shù)當初由D. M. Mattox于1963年提出并付諸實踐的。其原理是在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)離化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊作用的同時，把蒸發(fā)物或其他反應(yīng)物鍍在基片上的工藝。

離子鍍由于是利用高能離子轟擊工件表面，使大量的電能在工件表面轉(zhuǎn)換成熱能，從而促進了表層組織的擴散作用和化學(xué)反應(yīng)。然而，整個工件，特別是工件心部并未受到高溫的影響。因此這種鍍膜工藝的應(yīng)用范圍較廣，受到的局限性則較小。通常，各種金屬、合金以及某些合成材料、絕緣材料、熱敏材料和高熔點材料等均可鍍復(fù)。即可在金屬工件上鍍非金屬或金屬，也可在非金屬上鍍金屬或非金屬，甚至可鍍塑料、橡膠、石英、陶瓷等。

根據(jù)膜層粒子的獲得方式，離子鍍可分為蒸發(fā)型離子鍍和濺射型離子鍍，其中蒸發(fā)型離子鍍根據(jù)放電原理不同又可分為直流二級型離子鍍、熱絲弧離子鍍、空心陰極離子鍍以及熱陰極離子鍍等。直流二級離子鍍，是穩(wěn)定的輝光放電；空心陰極離子鍍與熱絲弧離子鍍，是熱弧光放電，產(chǎn)生電子的原因均可簡單概括為金屬材料由于被加熱到很高的溫度，導(dǎo)致核外電子的熱發(fā)射；陰極電弧離子鍍的放電類型與前面幾種離子鍍的放電類型均不相同，它采用的是冷弧光放電。

在眾多離子鍍膜技術(shù)中陰極電弧離子鍍可謂是其中的集大成者，其目前已經(jīng)逐步發(fā)展為硬質(zhì)薄膜領(lǐng)域的主力。它采用冷弧光放電，膜層粒子離化率在眾多PVD鍍膜技術(shù)中較高。下面小編將結(jié)合陰極電弧離子鍍示意圖簡要介紹其工作原理。

首先，帶有正電位的引弧針（陽極）靠近帶有負電位的靶材（陰極），陰陽兩極距離足夠小時，兩極間的氣體會被擊穿，形成弧電流，這與電焊的引弧相類似。以上圖為例，此時，部分N2發(fā)生離化，形成氮的陽離子以及電子。

受到電場力的吸引，接下來氮的陽離子會向飛向陰極即靶材附近，而電子則會飛向引弧針，但是由于離子的質(zhì)量遠遠大于電子，因此在受到相同電場力的情況下，電子的移動距離會大于陽離子的移動距離，于是當電子到達陽極時，離子將不會到達陰極靶面，而是在距離靶面較近的位置處富集，形成正離子堆積層，如下圖所示。

陽離子與陰極靶面的距離很小，可達微米級。根據(jù)E=U/d，可知此時空間中的電場強度極高，這種極強的電場會把靶材中的電子“扯”出來。被“扯”出的電子從陰極靶面飛向正離子堆積層，形成電流，堆積層與靶面被導(dǎo)通，于是在靶面附近產(chǎn)生電弧。

電弧會使靶材發(fā)生蒸發(fā)，同時正離子會被陰極靶面吸引，使得正離子轟擊靶表面，產(chǎn)生濺射。由于不論蒸發(fā)還是濺射出的膜層粒子都需要經(jīng)過正離子堆積層，如下圖所示，并且在其飛出陰極靶面的過程中，膜層粒子會受到靶面處電弧的作用，因此到達工件處的粒子絕大多數(shù)為離子態(tài)。

工件處一般會加有負偏壓，于是正離子受到電場力作用飛向工件，并對工件產(chǎn)生轟擊，這種轟擊會提高膜層的附著力，并使得磨蹭致密，這對于改善膜層質(zhì)量是十分有益的。
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