基于溅射离子镀技术的蓝色系镀层制备及色彩表征文献综述

 2021-10-06 13:58:16

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文 献 综 述

1. 概述

经过数十年的发展，硬质涂层的研究已经进入一个新的阶段。硬质涂层的市场随着加工条件与人们使用要求的提高而不断扩大。国内的需求也愈加热烈，人们不仅追求高硬度、高耐磨性与耐蚀性的涂层，同时也越来越重视涂层的装饰性。

TiN镀层的出现，很大程度上提高了刀具的切削寿命，可以获得较高的加工精度和生产效率，使得其在机械加工行业获得广泛的应用。同时，TiN镀层在装饰行业也有较高的应用。因为TiN镀层不仅具有良好的耐蚀性和耐磨性，同时，根据镀膜时氮气流量这一工艺参数设定的不同，可以获得不同的颜色（蓝色，黄色，银色等），从而满足不同人的对美的需求。【1】目前广泛使用电弧离子镀将TiN镀在金属基体上，以获得想要的颜色。但是，电弧离子镀膜过程中，由于高温电弧通常会一定程度上熔融靶材，使得靶材融成液滴，在基体表面形成污染，影响镀层的美观，破坏颜色的连续性。在一定程度上影响镀层的粗糙度和色泽。并且，镀膜时基体温度较高，限制了TiN镀层应用于装饰方面的发展。磁控溅射离子镀是一种新兴发展的物理气相沉积（PVP）镀膜方法，于电弧离子镀相比，该方法沉积时温度低，同时得到的薄膜表面光滑，具有很高的观赏性。而运用TiN做镀层，大多呈现金黄色，不能满足所有人的喜好。本研究通过改变氮气的流量，利用磁控溅射离子镀膜技术制备出蓝色系列镀层，同时不改变镀层的性能或尽可能的提升镀层的性能，来满足部分对蓝色系列喜爱人群的需求。

2. 磁控溅射技术发展及应用

2.1 磁控溅射发展

磁控溅射技术是一种高速发展的新型物理气相沉积镀膜技术，现已广泛的应用在材料表面镀膜领域。1852年，格洛夫（Grove)发现阴极溅射现象，自此，溅射技术跨入时代的先河。而磁控溅射技术发展于20世纪40年代，事实上，当时的主流镀膜技术还是蒸镀技术，直到70年代，美国贝尔实验室和西屋电气公司采用长度为10米的连续溅射镀膜技术，镀制出集成电路中的钽膜。1974年，J.Chapin发现平衡磁控溅射。使得磁控溅射镀膜时压强提高，镀膜时间减短，以及镀膜沉积率的大幅度提高，磁控溅射镀膜才开始广泛的应用于各大领域。磁控溅射沉积技术在发展过程中有几次重大突破，从开始的二级溅射到平衡磁控溅射，在由于电子信息技术的发展，各种操作平台进入磁控溅射领域，引出了非平衡磁控溅射技术。之后，磁控溅射进入发展的黄金时期，反应溅射，共溅射，脉冲溅射技术也逐步进入成熟阶段。国外由于溅射技术发展的早，有着一套成熟的技术指导，在各大领域有着广泛的应用。目前国际上使用磁控溅射沉积薄膜的公司最负盛名的莫过于CemeCon和Teer，特别是Teer公司提出的非平衡磁控溅射技术，显著的提升了镀膜的质量。而在国内，磁控溅射技术在工具磨具，防腐蚀，建材装饰，电子光学等领域有着比较广泛的应用。利用磁控溅射技术进行磁学、光学、热学、超导、介质、催化等功能性薄膜的制备是当前研究的热点。但是，由于国内引进与学习磁控溅射技术较国外稍晚几十年，在非平衡磁控溅射技术以及后续发展的几种溅射沉积技术这一块发展的并不成熟。国内的相关研究机构也比较少，发表的专业性论文也不多，还需要进一步的学习与创新。

而进入到21世纪，随着表面技术的发展以及工业上的需求，新型磁控溅射如自溅射，高速溅射等成为目前磁控溅射发展领域的新趋势。高速溅射能到大约几个微米每分钟的高速率沉积，这样可以大幅度缩短镀膜的时间，提高生产效率，同时也可能取代目前对环境污染较大的电镀工艺。同时，人们不断的对靶源进行改进，希望能够提高靶材的利用率（目前只有30%~40%）与镀膜时的稳定性，这样可以减少成本，使得该技术有效的应用于更多的领域，服务更多的行业。

2.2 非平衡磁控溅射

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