纳米涂层(等离子增强磁控溅射)

当材料的粒子直径小于100纳米时,我们就称这种材料为纳米材料。应用纳米级涂层可以提高硬度、韧性、耐磨性、耐蚀性,以及整体的耐久性。
美国西南研究院在纳米技术方面处于领先的地位。纳米涂层,如用于工具嵌入物的氮化钛(TiN)涂层和用于高端计算机硬盘的类金刚石涂层,都是非常薄的(低于10纳米)且性能优异。另外,西南院对TiSiCN涂层也进行了研究,该涂层是一种既有强度又有硬度的优异纳米复合结构涂层,极大地增强了恶劣状况下颗粒的抗冲刷磨损性能、液体颗粒物的冲刷磨损,而且不会导致基材疲劳及屈服强度的变化。

               

图 (a) 致密的平滑的TiSiCN纳米复合结构涂层       图(b) 纳米复合结构涂层的结构示意图

 

    

美国西南研究院和加拿大国家实验室的冲刷磨损的测试数据

 


           
                图 (a) 摩擦系数      图(b) 未镀膜的Ti-6Al-4V的磨损速率及不同镀膜工艺下的TiSiCN涂层的磨损速率

 

等离子增强磁控溅射技术,可以获得极硬的、超厚的、特别强的抗磨和耐腐蚀的涂层,广泛地应用在燃气轮机压缩机的叶片表面,以增强抗固体颗粒的磨蚀,以及在火箭发动机喷嘴的应用,增强了材料的抗氧化性能。下图a是等离子增强磁控溅射技术的原理示意图;下图b是样品镀膜过程的照片。该技术依靠磁控溅射原理,一种物理气相沉积过程。对真空室抽完真空后,注入气体,磁电极加上负电压之后,等离子体就产生了。等离子体的概念指带有离子、电子、激励中子的放电气体。负极的电压使离子从等离子体加速到安装在磁电极的靶上。高能量的离子轰击靶材表面,引起靶材材料的溅射,溅射出的材料沉积在工件表面。

            
                      

图(a) 是等离子增强磁控溅射技术的原理示意图                       图(b) 是样品镀膜过程的照片