1磁控溅射镀膜机理分析

　　磁控溅射镀膜所获得的膜层质量较好，膜基强度较高，设计性能较好，广泛应用于刀具涂层中。磁控溅射镀膜机理如下：

　　1.1二极直流溅射镀膜

　　通过离子对靶材表面进行轰击，将靶材原子击出的现象被称为溅射，通过溅射所形成的原子沉积并在基体中成膜的技术，被称之为溅射镀膜技术。二极直流溅射镀膜属于最常见的溅射镀膜，其机理为：通过气体放电形成气体电离，气体电离中正离子在电场影响下，对阴极靶材进行快速轰击，并将阴极靶材中的原子或分子击出，在被镀基体的表面成膜。二极直流溅射镀膜适用于半导体与金属靶材中，但不适用于绝缘材料，且溅射过程中阴极靶电流密度较低，成膜速度速度较慢，在低气压环境中不能进行溅射，气压较低，放电维持困难，气压较高，膜层中存在气体，会影响膜层质量。

　　1.2磁控溅射

　　磁控溅射机理与二极直流溅射机理基本是相同的，但在磁控溅射技术中，在靶的结构中安装了永久磁铁，将电场与磁场正交，并形成正交电磁场。磁场的应用，能够对电子运动方向进行改变，正交电磁场能够约束并延长电子运动轨迹，提高了气体电离率，并实现了电子能量的有效利用。其工作机理如下图：

　　磁控溅射机理示意图

　　磁控溅射机理的应用，在高密度等离子体异常辉光放电过程中，在正离子对靶材进行轰击的过程中，所轰击的靶材溅射较之二极直流溅射更加有效。电子被正交电磁场约束，在电子能量完全消耗后，会在基片上进行沉积，形成镀膜。这种磁控溅射机理充分体现了高速与低温两大特征。

　　2磁控溅射镀膜在刀片涂层中应用的技术要点

　　2.1靶的结构与靶材选择问题

　　在磁控溅射真空镀膜技术中，磁控溅射靶的类型与结构较多，如下图，为同轴圆柱靶与圆形平面靶：

　　同轴圆柱靶与圆形平面靶示意图

　　图中，1：水冷系统；2：阴极体；3：法兰；4：屏蔽罩；5：靶材；6：极靴；7：永磁体；8：螺母；9：密封圈；10：螺帽；11：绝缘；12：压环；13：基片；14：辅助阳极。

　　靶的结构除了同轴圆柱靶与圆形平面靶以外，还包括矩形平面靶、旋转式圆柱矩形靶、特殊结构靶等。靶型主要是由阴极体、屏蔽罩、靶材、永磁体、压环、基片、辅助阳极等共同组成。根据刀片涂层的用途及对膜性能的要求选择合适的靶型。

　　2.2合理布局靶内永久磁铁，保证膜层均匀性

　　靶内永久磁铁的布局直接影响着靶的溅射率，影响着膜层的均匀性。这是因为磁控溅射情况下的膜层均匀性与靶材溅射率是磁场强度存在着极大关系。为此，在进行靶内永久磁铁的设计时，需要通过合理分析，保证永久磁铁在靶内布局的合理性。在磁场强度要求下，引入导磁极靴，保证磁场强度水平分量分布均匀，从而提高膜层均匀性与溅射速率。

　　2.3增加镀膜稳定性及强度

　　选择合适的基片温度，气体压强沉积速率等磁控溅射工艺参数，提高设备构建焊缝质量，结合膜的性能要求，对溅射参数进行科学调整，能够有效提高膜与不锈钢刀片基片界面之间的附着强度。

　　2.4提高膜纯度

　　在靶材结构中设置屏蔽罩，通过屏蔽罩进行非靶材零件发射电子的截获，从而让其非靶材电子不产生辉光放电，提高膜的纯度。

　　3磁控溅射镀膜在不锈钢刀片涂层技术中的应用及前景

　　磁控溅射所获得膜层具有着质量高，可设计性强，膜基结合强度较高等较多优势，在刀具涂层中应用十分广泛。TiN属于一种硬质薄膜材料，TiN膜硬度在20GPa左右，其抗机械性能与抗磨损性能较好，且与基体结合牢固性较强，多被应用于刀片涂层的底模中。在TiN薄膜材料的基础上，逐渐发展处了较多的薄膜材料，膜层逐渐向多元化与复合化发展。如在TiN涂层的基础上掺入Al元素，形成一种新型的TiAIN涂层，TiAIN涂层具备更高的硬度，耐热温度也大幅度提高。