物理气相沉积制备氧化铝涂层

1引言

由于氧化铝薄膜具有令人关注的优异性能,如高温稳定性、化学稳定性、低的热导率和电导率等,目前利用化学气相沉积(CVD)涂覆氧化铝薄膜作为耐磨涂层材料已广泛应用于硬质合金切削刀片。它在其它领域没有得到广泛应用的主要原因是这类涂层的工业规模制备需利用高温CVD进行处理。虽然CVD处理方法有许多优点,但其最大的缺点是在处理过程中需要高温(1000℃)。

利用物理气相沉积(PVD)溅射技术在350～600℃的温度范围内沉积氧化铝,是由豪泽(Hauzer)技术镀层公司开发的一种新工艺。该工艺大大拓宽了氧化铝的应用领域,低的沉积温度使它能在其它材料如高速钢和模具钢上能进行涂镀处理。

最初,涂层的开发是在HauzerFlexicoat750上开展的,其后这个过程被转移到一个生产型涂镀设备HTC21000上进行。该技术的产业化转化和重新设计是与德国Tü；bingen硬质合金切削刀具的主要供应商瓦尔特股份有限公司(WalterAG)合作进行的。

图1复合涂层系统截面

2工艺过程

新的涂层系统采用复合涂层技术,结合阴极电弧镀和磁控溅射,电弧层作为过渡层或为整个涂层系统提供必需的耐磨性,而氧化铝则提供高温和化学稳定性。装置的截面如图1所示。

系统配置有几个电弧和磁控溅射阴极。零件在沉积前要加热到工艺温度并且系统要抽至低真空度；其后,用氩离子或金属离子刻蚀清洁工件表面；接着沉积电弧层,氧化铝顶层是利用金属靶在氩和氧混合气氛中的PVD溅射沉积所成。此外,在特殊应用中,氧化铝涂层也可以在没有底层的情况下单层使用。氧化铝涂层采用HauzerT模式沉积技术制备而成。T模式技术是由特殊设计的溅射阴极结合优化的气体分布系统来体现其特性的,通过电磁感应圈在基体周围产生闭合磁场来提供高离化率的等离子体,以达到涂层性能的要求。该技术的优点是处理过程易于控制,稳定性好,重复性佳,沉积速率(≥015µm/h)足以达到工业化生产中较节省的处理时间。

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