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文献综述 气相沉积技术及其在耐磨涂层上的应用 气相沉积镀膜包括三个环节：镀料气化→气相输运→沉积成膜。为研究方便，人们把通过含有构成薄膜元素的挥发性化合物与气态物质，在固体表面上进行化学反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程，称为化学气相沉积（CVD）；把通过高温加热金属或化合物蒸发成气相，或者通过电子、离子、光子等荷能粒子从金属或化合物靶上溅射出相应的原子、离子、分子（气态），且在固体表面上沉积成膜的过程，称为物理气相沉积（PVD）。 化学气相沉积技术 从沉积化学反应能量激活看，化学气相沉积可分为热CVD、等离子体辅助化学气相沉积（PACVD）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和激光辅助化学气相沉积（LCVD）等。从沉积化学反应温度看，又可分为低温CVD（低于200℃）、中温CVD（500~800℃）、高温CVD（900~1200℃）和超高温CVD（＞1200℃）。 CVD技术的优点是适合涂镀各种复杂形状的部件，特别是有盲孔、沟槽的工件，涂层致密均匀，可以较好地控制涂层的密度、纯度、结构和晶粒度，涂层与基体结合强度高。传统CVD的反应温度一般为900~1200℃，在如此高的温度下，工模具钢会发生固态相变、晶粒长大、变形，使基体性能下降。因此，在沉积后要增加热处理工艺加以补救。为了降低沉积温度目前主要方法有：等离子体活化，采用金属有机化合物，通过激光产生化学激发，选择合理的反应气体[1]。 用CVD技术沉积的耐磨涂层以氮化物、氧化物、碳化物、硼化物为主，主要应用于金属切削刀具，这类涂层有TiN、TiC、TiCN、TaC、HfN、Al2O3、TiB2等。 1890年，德国的Erlwein等利用CVD技术在白炽灯丝上形成TiC。后来，Arkel和Moers等又分别在灯丝上用CVD技术制取了高熔点碳化物。1952年联邦德国金属公司的冶金实验室发现在1000℃下，在铸铁表面也能得到粘接很好的TiC涂层。1968～1969年，联邦德国克鲁伯公司和瑞典山特维克公司的TiC涂层刀片已先后投放世界市场。到1970年，美国、日本、英国等硬质合金制造商也相继开始了涂层刀片的研究与生产，美国TFS公司与联邦德国研制的TiN涂层刀片也相继问世。到20世纪60年代末，化学气相沉积TiC及TiN硬膜技术已逐渐成熟并大规模用于涂层硬质合金刀片及Cr12系列模具钢[2]。到20世纪八十年代中后期,美国已有85%的硬质合金工具采用了表面涂层处理，其中CVD涂层占到99%；到九十年代中期，CVD涂层硬质合金刀片在涂层硬质合金刀具中仍占80%以上[3]。 尽管CVD涂层具有很好的耐磨性，但CVD工艺亦有其先天缺陷：一是工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降；二是薄膜内部呈拉应力状态，易导致刀具使用时产生微裂纹；三是CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染，与目前大力提倡的绿色制造观念相抵触，因此自九十年代中期以来，高温CVD技术的发展和应用受到一定制约。八十年代末，Krupp. Widia开发的低温化学气相沉积(PCVD)技术达到了实用水平，其工艺处理温度已降至450～650℃，有效抑制了η相的产生，可用于螺纹刀具、铣刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂层，但迄今为止，PCVD工艺在刀具涂层领域的应用并不广泛。九十年代中期，中温化学气相沉积(MTCVD)新技术的出现使CVD技术发生了革命性变革。MTCVD技术是以含C/N的有机物乙腈(CH3CN)作为主要反应气体、与TiCL4、H2、N2在700～900℃下产生分解、化学反应生成TiCN的新工艺。采用MTCVD技术可获得致密纤维状结晶形态的涂层，涂层厚度可达8～10μm。MTCVD涂层刀片适于在高速、高温、大负荷、干式切削条件下使用，其寿命可比普通涂层刀片提高一倍左右[3]。 目前，CVD(包括MTCVD)技术主要用于硬质合金车削类刀具的表面涂层，涂层刀具适用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。采用CVD技术还可实现α-Al2O3涂层，这是PVD技术目前难以实现的，因此在干式切削加工中，CVD涂层技术仍占有极为重要的地位。 物理气相沉积技术 物理气相沉积技术除传统的真空蒸发和溅射沉积技术外，还包括近30年来发展起来的各种离子束沉积、离子束辅助沉积和离子镀技术。 真空蒸发镀膜是在真空条件下，用蒸发器加热镀料使之气化，蒸发粒子流直接射向基体并在基体上沉积成膜。加热方式有：电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热、激光加热等。真空蒸发镀膜是发展较早的镀膜技术，应用较为广泛。蒸发粒子的能量只有0.1~0.3eV，因此真空蒸发只用于镀结合强度要求不高的某些功能膜。 溅射镀膜通常是利用气体放电产生等离子体，其正离子在电场作用下高速轰击阴极靶，溅射出的靶材原子或分子飞向基体表面沉积成膜。溅射镀膜初期是利用直