物理氣相沉積技術(shù)是一種對(duì)材料表面進(jìn)行改性處理的高新技術(shù), 最初和最成功的發(fā)展是在半導(dǎo)體工業(yè)、航天航空等特殊領(lǐng)域。在機(jī)械工業(yè)中作為一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)起始于80 年代 pIk4V/fy  
初, 而且主要集中在切削工具的表面強(qiáng)化。以改善機(jī)械摩擦副零件性能為目的的研究近10 多年才受到廣泛重視, 是現(xiàn)在重點(diǎn)開發(fā)的新領(lǐng)域。物理氣相沉積技術(shù)作為高新技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù) xKRfl1  
和技術(shù)進(jìn)步中占有重要的地位, 本文對(duì)其最新發(fā)展的部分概況作一介紹。 '&rw=.cU  
1　應(yīng)用對(duì)象不斷擴(kuò)展 aMe%#cLI  
美國(guó)Balzers Too l Coat ing 公司1994 年評(píng)估了用PVD 法制取的薄膜在2000 年前的市場(chǎng)發(fā)展前景[1 ] , 認(rèn)為, 1980 年P(guān)VD 鍍層95% 用于改善切削工具壽命, 在2000 年50%PVD 鍍層將用 PGC07U:B  
于提高切削工具性能, 另50% 將用于改善沖壓模、磨損零件部等的壽命。由于大量采用新技術(shù)和新工藝, 使物理氣相沉積技術(shù)近10 年在模具和磨損零部件的應(yīng)用上邁進(jìn)了一大步, 正在改變那 c }g$1of87  
種PVD 就是刀具上鍍T iN 的傳統(tǒng)概念。 `PXoJ
l  
物理氣相沉積法用于零件防蝕抗磨損鍍層越來越多, 取得非常好的效果。德國(guó)Do rrenberg Edelstah l 公司開發(fā)了一種在壓模上使用電弧蒸發(fā)鍍沉積、具有高附著力的CrN 涂層的PVD Rt*-#`I $  
法[2 ] , 鍍層性能高于T iN 或T iCN 鍍層, 可用于鋁件的加工模具上。 :/n ?4K^  
英國(guó)Cambridge 和Tecvac 公司完善了在加工黃銅、T i 和A l的加工模具上的CrN 沉積法[3 ] , 鍍層厚度3～ 20 Lm, 鍍層具有良好的附著性, 鍍層顯示了較好的使用效果(包括擠壓, 成型以及塑 lsTe*Od  
料加工模具)。M ult iA rc (U K) L td 在伯明翰Too ling ’95 展覽會(huì)上介紹了該公司一種用于提高沖模壽命的PVD 工藝, 6～ 8 Lm厚的沉積層提高沖壓4 mm 厚鋼質(zhì)變速箱殼的沖模壽命, 由沖壓 qg/Y;tGSx  
500 次增大到20 400 次, 且不需要再拋光。 ,:\zXESy4  
日本在活塞環(huán)等零件表面采用離子鍍法鍍覆具有CrN 或Cr2N 成分、附著力強(qiáng)的耐磨膜[4 ] , 膜層中氮濃度由基體向表面膜層表面不斷增大。鍍層在不斷變更氮分壓情況下用蒸發(fā)源鉻和 !&W"f#_Z  
反應(yīng)氣體N 2 制成, 鍍膜層厚度10～ 60 Lm, 硬度1 500～ 2 000HV , 遠(yuǎn)高于電鍍Cr 和氮化。它的耐粘著性能約是電鍍Cr 的1. 5倍, 且其實(shí)際耐久性是電鍍Cr 的4～ 10 倍, 具有運(yùn)行平穩(wěn)、無拉 uOy\{5s8  
缸、抱缸現(xiàn)象, 效果十分理想, 是一種無公害的、可取代電鍍Cr處理的表面處理手段。但離子鍍時(shí), 工件溫度在400～ 500 ℃便導(dǎo)致活塞環(huán)類零件的應(yīng)力松馳、彈性下降, 可能會(huì)影響其廣泛應(yīng)用。 oXu~9'm$  
裝飾鍍也是新的應(yīng)用對(duì)象之一, 德國(guó)的L eybo ld 是老牌的PVD 設(shè)備和技術(shù)公司, 近年來推出了一些金屬或非金屬構(gòu)件裝飾處理的PVD 沉積技術(shù), 其中較引入注意的是磁控濺射沉積新 XyN`BDFi  
型ZrN 技術(shù)。它具有青銅色外表, 極低的電化學(xué)電位, 耐蝕性極好, 同時(shí)也很耐磨, 是一種非常好的表面處理方法。 {FrHm  
新的專利和研究報(bào)告表明[4, 6～ 7 ] , 尋找PVD 沉積T iA lN、CrN、WCöC 等鍍層的新應(yīng)用領(lǐng)域是各國(guó)研究人員努力的方向,并已取得一定進(jìn)展。 e!O &~#'h}  
2　沉積的基體溫度更低 O% j,:t'"  
由于應(yīng)用對(duì)象的擴(kuò)展, PVD 處理的材料也由原來較單一的HSS、硬質(zhì)合金等材料不斷向中低合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼, 乃至有色金屬等其他材料類型拓寬。為保證PVD 表面處理后被處理件整 ;tZ}i4Ud  
體材料的性能不下降, 降低PVD 處理溫度, 在較低的溫度下獲得性能優(yōu)良的沉積層, 已成為一個(gè)主要的技術(shù)問題[8～ 10 ]。 BbXmT"@  
磁控濺射技術(shù)是PVD 技術(shù)中的一大主流技術(shù), 被稱為低溫沉積最有效的方法。在磁控濺射時(shí), 電子被暗場(chǎng)罩或?qū)ｉT附加的陽(yáng)極吸收掉, 所以, 基體的溫度比傳統(tǒng)的濺射要低。而且研究表 oZ|{J  
明[11, 12 ] , 通過一些特殊手段可以使基體的溫度降低到接近室溫,而使塑料或其他溫度敏感材料可作為基體進(jìn)行沉積處理。  uhPIV
\  
1998 年Teel Coat ing L td 提出, 在低溫下采用磁控濺射沉積高質(zhì)量T iN、T iCN 鍍層技術(shù)。根據(jù)制件的用途, 在沉積過程中制件的加熱溫度可降到小于70 ℃, 從而擴(kuò)大類似鍍層可能的使用 CJ37:w{%*Y  
范圍[13, 17 ]。 B$iMU?B3  
美國(guó)No rthw estern 大學(xué)的研究表明, 利用磁控濺射PVD 技術(shù)可以在基體低溫(不改變其溫度敏感性) 情況下得到新的鍍層,它們用于摩擦工程和微電子(工程) 是有廣闊前途的[14 ]。Bonmas / r`Y'rm  
H. 等在350 ℃下采用磁控濺射對(duì)高速工具鋼和滾珠軸承沉積T iN 層[5 ]。 &k {t0>  
日本專利466659[16 ]推薦一種采用PVD 法生成T iN 涂層材料的方法, 其溫度為20～ 600 ℃, 氣體壓力為1. 33 × 101～1. 33×10- 2 Pa, A röN 2 1ö15～ 1ö30。把低溫T iN 涂層作為專利方法提出。 ]}*G[[ ^p  
德國(guó)BAM 與日本東京技術(shù)研究所合作, 在200 ℃用非平衡磁控濺射沉積多層T iN 2CrA lN 和CrN 2CrA lN 復(fù)合涂層[24～ 26 ]。1997 年Slovenia 的N avinsek B [42 ]等提出, 150 ℃下在軟金屬上 ^