基体占空比对类石墨镀层力学性能的影响文献综述

 2021-10-06 13:58:26

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文 献 综 述

1. 引言

近年来，镀层刀具的应用市场极为广泛，大约占总刀具的80 %以上，用物理气相沉积(PVD)技术在刀具表面涂覆既耐磨又具有低摩擦因数的硬质镀层，对于改善刀具切削性能和延长刀具寿命十分有效[1]。据报道[2]，各种气相沉积技术制备的碳膜镀层因其高硬度、优良的摩擦学性能对于刀具镀层来说具有广泛的应用价值，因而备受关注。碳膜一般分两类：类金刚石镀层(DLC)和类石墨镀层（GLC），本文主要探讨类石墨镀层相关的研究。类石墨镀层是一种新型碳膜镀层[3,4]，具有硬度高、摩擦因数低、可用冷却剂也可干切削，其寿命比非镀层刀具成倍提高。近年来，英国梯尔镀层公司（Teer Coatings Ltd.）利用非平衡磁控溅射技术制备梯度结构碳膜的研究结果表明[5,6]，含少量Cr 元素的碳膜具有适中的硬度、低摩擦因数和比纯碳膜高的结合强度，且可加工黑色金属等特点，能够解决类金刚石镀层在黑色金属加工应用中存在的问题，在刀具和模具领域比DLC镀层有更为广泛的应用前景。

2.磁控溅射技术应用原理及进展

2.1磁控溅射技术应用

由于现代科技发展的需求，真空镀膜技术得到了迅猛发展。薄膜技术可改变工件表面性能，提高工件的耐磨损、抗氧化、耐腐蚀等性能，延长工件使用寿命，具有很高的经济价值。薄膜技术能满足特殊使用条件和功能对新材料的要求。磁控溅射技术可制备超硬膜、耐腐蚀摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜，以及各种具有特殊功能的薄膜，是一种十分有效的薄膜沉积方法，在工业薄膜制备领域的应用非常广泛[7-10]。

2.2磁控溅射技术原理

溅射是指具有一定能量的粒子轰击固体表面，使得固体分子或原子离开固体，从表面射出的现象。溅射镀膜是指利用粒子轰击靶材产生的溅射效应，使得靶材原子或分子从固体表面射出，在基片上沉积形成薄膜的过程。磁控溅射是在辉光放电的两极之间引入磁场，电子受电场加速作用的同时受到磁场的束缚作用，运动轨迹成摆线，增加了电子和带电粒子以及气体分子相碰撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作气压，而Ar 离子在高压电场加速作用下，与靶材撞击并释放能量，使靶材表面的靶原子逸出靶材飞向基板，并沉积在基板上形成薄膜，图1所示为平面圆形靶磁控溅射原理，图2为磁控溅射原理图[11]。由图可以看出，电子被洛伦兹力F=e(vB）束缚在非均匀磁场中，增强了氩原子的电离。图1平面圆形靶磁控溅射原理图，图2磁控溅射原理图。

图1 平面圆形靶磁控溅射原理图 图2 磁控溅射原理图

2.3 磁控溅射技术进展

在1852年Grove就在辉光放电管中发现了离子对阴极材料的溅射现象，其离子束来源气体为辉光放电产生的等离子体，直到1963年才开始实现溅射镀膜的产业化，随后便出现了三级溅射和磁控溅射。

随着工业薄膜制备的需求提高和表面技术的发展，新型的磁控溅射技术如高速溅射（HRMS）、自溅射[7-10]和高频率脉冲磁控溅射（HiPIMS）[12-19]等成为磁控溅射领域新的发展趋势。

3. 占空比对磁控溅射沉积镀层的影响

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