氮化鈦涂層有哪些制備方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

     氮化鈦是一種新式多功能材料，具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性以及高抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，能夠作為耐磨涂層運(yùn)用，同時(shí)氮化鈦涂層的顏色與黃金極為類似，能夠堆積在首飾或燈具外表用作裝修涂層，有著廣泛的使用。在上世紀(jì)70年代，氮化鈦涂層成功使用于刀具等切開加工東西上，促進(jìn)了刀具加工職業(yè)的開展。刀具涂層的常用制備方法為物理氣相堆積法（PVD）和化學(xué)氣相堆積法（CVD）兩大類，也是氮化鈦涂層的常用制備方法，具體細(xì)分又有許多種。

一、物理氣相堆積法

物理氣相堆積制備氮化鈦涂層運(yùn)用較多的是多弧和濺射堆積方法。

1、多弧堆積方法

多弧堆積方法( MAP)是一種使用廣泛的物理氣相堆積技術(shù)，具有高的離化率和堆積離子能量，有助于反應(yīng)成膜、提高薄膜質(zhì)量及薄膜與基體的結(jié)合力。

缺點(diǎn)：

多弧技術(shù)堆積的涂層中殘留了由陰極材料射出的微觀顆粒（即所謂的“液滴”）。這些顆粒粒徑可達(dá)數(shù)十微米，導(dǎo)致涂層強(qiáng)度削弱、外表粗糙度添加、膜層均勻性降低等缺點(diǎn)，使其在較惡劣工作環(huán)境下的使用受到約束。孔洞缺點(diǎn)也是電弧離子鍍膜中普遍存在的一種缺點(diǎn)，根據(jù)不同的鍍膜方式與工藝條件所制備的薄膜，其孔洞缺點(diǎn)差別也很大。另外，疏松與縫隙也是電弧離子鍍氮化鈦涂層中出現(xiàn)的缺點(diǎn)。

針對(duì)多弧技術(shù)堆積氮化鈦涂層出現(xiàn)的缺點(diǎn)，研究者們對(duì)設(shè)備、工藝進(jìn)行了改善。如選用磁過濾陰極弧等離子體堆積設(shè)備( FCAP)制備氮化鈦涂層。

優(yōu)點(diǎn)：

該方法使用磁場(chǎng)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)力提高弧斑的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度，減少弧斑在靶面的停留時(shí)間,然后減小弧斑標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上消除微觀粒子團(tuán)，減少柱狀結(jié)構(gòu)，制備的氮化鈦涂層結(jié)構(gòu)愈加細(xì)密、外表愈加潤(rùn)滑、晶粒較為細(xì)微。選用FCAP方法制備的氮化鈦涂層具有更高的硬度和結(jié)合力。

2、磁控濺射堆積

濺射是入射粒子和靶碰撞，靶原子被撞后，獲得滿足能量，脫離靶材，堆積于基體上。常用的濺射方法，濺射功率不高。為了提高濺射功率，加入了磁控技術(shù)。選用的磁控濺射源中的磁場(chǎng)為均勻關(guān)閉磁場(chǎng)的方法，此方法被稱作平衡磁控濺射法。

優(yōu)點(diǎn)：

此方法無論是平面靶仍是柱狀靶，都是使用平行于靶面的磁場(chǎng)分量來約束二次電子在靶面做螺旋線運(yùn)動(dòng)。以此提高氬氣的離子化率和提高濺射速率。

缺點(diǎn)：

這種磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的不足之處在于高密度的等離子體區(qū)只能分布在靶面附近，整個(gè)鍍膜室內(nèi)的等離子體密度低。因此在堆積氮化鈦涂層時(shí)，因?yàn)榻饘匐x化率低，使得氮、鈦兩種元素不容易反應(yīng)生成氮化鈦膜，工藝難度大，膜層色澤穩(wěn)定性差，而且只能把工件安頓在距離靶面50~ 100 mm的范圍內(nèi)。這樣小的有用鍍膜區(qū)約束了待鍍工件的標(biāo)準(zhǔn)，制約了磁控濺射鍍膜技術(shù)的出產(chǎn)功率和使用范圍。

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