電弧離子鍍技術中脈衝偏壓作用的基本原理

2021-01-08 北京中諾新材

1) 電弧離子鍍中直流偏壓的不足.電弧離子的離化率高達60%~90%,具有沉積速度快、膜基結合力強、繞鍍性好、容易進行反應沉積,容易獲得氮化鈦等化合物塗層的優點,已成為獲得TiN類硬質薄膜不可替代的鍍膜工藝.但傳統的電弧離子鍍一直以直流偏壓為工藝基礎.

然而,恆定的直流負偏壓,使離子對基片進行持續不斷地轟擊,從面造成:鍍膜受到限制.

① 沉積溫度相對較高(400~500℃),使得在低回火溫度和低熔點的基材上鍍膜受到限制② 膜層內應力相對較大,沉積厚膜比較困難.

③ 從陰極電弧源噴射出大的金屬熔滴,使膜層組織粗化.

④ 直流偏壓電源的來弧速度較慢,防止打弧功能差,容易將工作表面燒傷.

2) 電弧離子鍍中脈衝偏壓的出現.是為了進一步降低沉積溫度和克服其他不足.將電弧離子鍍傳統的直流偏壓改成了脈衝偏壓,從而產生了脈衝偏壓電弧離子鍍.其典型的理想狀態下偏壓與時間關係.

電弧離子鍍中脈衝電源主電路的各開關器件均已採用IGBT.目前,單管IGBT的上升和下降時間達150~400ns之間,開通和關斷時間大都在400~800ns之間,功率容量已經達到600A/1200V、300A/1700V水平,並且,隨著高阻斷電壓(1700~3300V)和大電流等級(600~1200A)的IGBT模塊的出現,IGBT已開始應用於大功率、高電壓脈衝電源的場合.

目前,我國的脈衝偏壓電源的設計製造水平基本能滿足電弧離子鍍方面科研、生產的需求,典型的電源參數為:頻率5~80kHz,脈衝偏壓幅值0~-1500V可疊加直流偏壓0~-300V,佔空比5%~85%,功率為5~30kW;此外,非對稱的雙極性脈衝偏壓電源也開始得到應用.

採用脈衝偏壓電源供電時,電壓存在中斷間隙,在一個脈衝周期內斷供電.通電時間佔脈衝周期的比例叫佔空比.用d表示.一般在儀表上用"%"表示.在一個脈衝周期內間斷供電的時間用佔空比調節.

通常在用800~1000V高偏壓進行"主弧轟擊"時,佔空比調至20%左右.

沉積氮化鈦等化合物塗層時,將佔空比調至80%左右.

相關焦點

  • 專欄PVD鍍膜技術之離子鍍技術
    而離子鍍技術則很好地解決了這些問題。離子鍍技術最早由D. M. Mattox於1963年提出並付諸實踐的。其原理是在真空條件下,利用氣體放電使氣體或被蒸發物質離化,在氣體離子或被蒸發物質離子轟擊作用的同時,把蒸發物或其他反應物鍍在基片上的工藝。
  • 偏壓電源的主要特點及作用分析
    打開APP 偏壓電源的主要特點及作用分析 佚名 發表於 2019-11-25 11:14:24 偏壓電源是真空電弧離子鍍及其它真空物理氣相沉積設備中一個重要組件,在鍍膜工藝流程中為工件提供負(或正)偏壓。
  • 真空濺鍍原理
    一般金屬鍍膜大都採用直流濺鍍,而不導電的陶磁材料則使用RF交流濺鍍,基本的原理是在真空中利用輝光放電(glow discharge)將氬氣(Ar)離子撞擊靶材(target)表面,電漿中的陽離子會加速衝向作為被濺鍍材的負電極表面,這個衝擊將使靶材的物質飛出而沉積在基板上形成薄膜。
  • 利用4G-CAE®陰極電弧技術鍍制氧化鋁塗層
    在現代機械加工中,隨著高速加工和乾式切削應用越來越多,嚴苛的工況會在塗層刀具表面產生很高的溫度,空氣中的氧氣會向塗層內部擴散,與塗層內部的元素發生化學反應,造成塗層的氧化分解,引起塗層硬度的下降,進而導致塗層失效和剝落,刀具失去塗層的保護也無法繼續使用。
  • 電弧蒸發源和多弧離子鍍膜機有哪些特點
    真空電弧離子鍍起初是由美國Vac-Tec和Multi-Arc兩大公司共同研發而來的,並且在1981年實現了工業化生產。電弧離子鍍的原理是在冷陰極真空弧光放電的理論的基礎上研究出來的。而多弧離子鍍膜機的核心技術是它的電弧蒸發源,多弧離子鍍膜機的蒸發源是一種比較特殊的冷陰極電弧放電的自蒸發、自電離式的一種固體型蒸發源。
  • 真空離子鍍膜設備的工作原理是什麼
    真空離子鍍膜設備起源於20世紀60年代D.M.Mattox提出的理論,且在當時開始有了對應的實驗;直到1971年,Chamber等發表電子束離子鍍膜技術;而反應蒸鍍(ARE)技術則是在1972年的Bunshah報告所指出,此時產生了TiC及TiN等超硬質的薄膜類型;同樣是在1972年,Smith和Moley在鍍膜工藝中採用了空心陰極技術。
  • 夢得杯—鍍覆技術論文大賽丨氮氬比對大功率脈衝磁控濺鍍(AlCrNbSiTiV)N薄膜性能的影響【劉志偉,吳明昌,林宇璇】
    氮氬比對大功率脈衝磁控濺鍍(AlCrNbSiTiV)N薄膜性能的影響劉志偉,吳明昌,林宇璇(東莞職業技術學院機電工程學院;龍華科技大學機械工程系在1999年,Kouznetsov等人提出了高功率脈衝磁控濺鍍(HIPIMS),利用圓形平面磁控管進行脈衝磁控濺射,證明了該技術可有效應用於高深寬比溝槽的濺鍍。HIPIMS的原理為直流電源將電能累積於電容,充電和放電能達到數千伏特,並控制其放電曲線,利用電容瞬間放電來產生高功率的脈衝電能。
  • PVD鍍膜工藝技術
    物理氣相沉積的主要方法有,真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜,及分子束外延等。發展到目前,物理氣相沉積技術不僅可沉積金屬膜、合金膜、還可以沉積化合物、陶瓷、半導體、聚合物膜等。非平衡磁控濺射法通過附加磁場,將陰極靶面的等離子體引到濺射靶前200mm到300mm的範圍內,使基片沉浸在等離子體中。這樣一方面濺射出來的粒子沉積在基片表面形成薄膜,另一方面等離子體轟擊基片,起到離子輔助的作用,極大的改善了膜層質量。非平衡磁控濺射除了具有較高的濺射速率外,能夠向鍍膜區輸出更多的離子,離子濃度正比於濺射靶的放電電流。目前,該技術被廣泛應用於製備各種硬質薄膜。
  • 脈衝電鍍電源的工作原理及技術研究
    1 脈衝電鍍的基本原理  常見的脈衝電流波形有方波、三角波、鋸齒波、階梯波等。根據確定脈衝波形的幾點原則(如實鍍效果、便於分析和研究、易於獲得和調控、便於推廣等),方波是最符合要求的脈衝波形。典型的方波脈衝波形,如圖1所示。由圖1可知:脈衝電流實質上是一種通斷的直流電。
  • 真空電弧離子鍍膜機的工藝原理是什麼
    真空電弧離子鍍膜機的技術原理是在冷陰極真空弧光放電理論的基礎上研究出來的。而通過分析冷陰極真空弧光放電理論可知,通過放電活動中的「正離子電流機制」與「場電子發射機制」兩者間的相互影響與制約可實現電量遷移。
  • 電鍍知識複合鍍的基本原理解析
    打開APP 電鍍知識複合鍍的基本原理解析 發表於 2019-07-09 15:13:05 複合鍍按沉積方式的不同可分為以下3種。
  • 夢得杯—鍍覆技術論文大賽丨高功率脈衝磁控濺射沉積(AlCrNbSiTiV)N薄膜提升刀具的切削性能【劉志偉 何靖國 等】
    高功率脈衝磁控濺鍍法(HIPIMS)自Kouznetsov等人提出以來,引起了各國學者的廣泛研究,設計了典型的HIPIMS系統。它具有極高的靶材離化率及高電漿密度,主要是調整佔空比與通、斷時間,將電荷累積在電容中瞬間釋放,由此得到脈衝波形。這樣就可以彈性控制特定鍍膜條件所需的高密度電漿特性。
  • 離子鍍是什麼工藝,跟電鍍有區別嗎?
    在產品鍍膜工藝中也是如此,目前雖然有很多成熟的鍍膜工藝,在不斷應用的過程中,成本和質量也都能夠得到控制,並且這些鍍膜工藝在各個行業中發揮著非常重要的作用。
  • PVD鍍鉻技術的原理及優勢
    為了尋求替代技術,國際國內進行了長期大量的工作。主要集中在化學鍍鎳磷、熱噴塗、電刷鍍。化學鍍鎳磷處理工藝存在一定程度的汙染,並且硬度較低(Hv500-600);熱噴塗的效率較高,但對基體材料有一定要求,噴塗的材料有限,噴塗的表面粗糙,需要二次加工;電刷鍍具有比電鍍更好的附著力,對形狀比較簡單的部件使用效果較好,在大型機械設備大軸的修復中發揮了良好的作用,而對形狀複雜的工件則無法進行有效的鍍層,在性能上無法和電鍍鉻相比。
  • 離子鍍膜技術的類型有哪些
    離子鍍是一種將靶材物料沉積在基材上的鍍膜方法,此類鍍膜工藝原理是靶材藉助電弧被離子化和汽化,然後高速沉積到基材之上。離子鍍通常在真空室或惰性氣體裝置中進行,離子鍍膜技術也稱為物理氣相沉積技術(PVD)。
  • 必須在真空環境才能操作,離子鍍是什麼「黑科技」?
    在產品鍍膜工藝中也是如此,目前雖然有很多成熟的鍍膜工藝,在不斷應用的過程中,成本和質量也都能夠得到控制,並且這些鍍膜工藝在各個行業中發揮著非常重要的作用。,離子鍍就是一種近幾十年發展起來的一種新鍍膜技術。