非平衡磁控濺射

1、非平衡磁控濺射及應(yīng)用,主要內(nèi)容,非平衡磁控濺射簡(jiǎn)介 分類 特點(diǎn) 研究實(shí)例,一、非平衡磁控濺射,對(duì)于一個(gè)磁控濺射靶，其外環(huán)磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度與中部磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等或相近，則稱為“平衡”磁控濺射靶。一旦某一磁極的磁場(chǎng)相對(duì)于另一極性相反的部分增強(qiáng)或者減弱，就導(dǎo)致了濺射靶磁場(chǎng)的“非平衡,圖1 非平衡磁控濺射源示意圖,二、分類,非平衡磁控濺射系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)： 外環(huán)磁場(chǎng)強(qiáng)度高于芯部磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁力線形成閉合回路，部分外環(huán)的磁力線延伸到基體表面。 芯部磁場(chǎng)強(qiáng)度比外環(huán)高，磁力線沒有閉合，被引向真空室壁，基體表面的等離子體密度低,圖2 （a）外環(huán)磁場(chǎng)強(qiáng)度高于芯部示意圖 (b) 芯部磁場(chǎng)強(qiáng)度高于外環(huán)示意圖,鏡像：由于

2、兩個(gè)靶磁場(chǎng)的相互排斥，縱向磁場(chǎng)都被迫向鍍膜區(qū)外彎曲，電子被引導(dǎo)到真空室壁上流失，總體上降低了電子進(jìn)而離子的數(shù)量。由于鏡像磁場(chǎng)方式不能有效地束縛電子，等離子體的濺射效率未得到提高。 閉合磁場(chǎng)：非平衡靶對(duì)在鍍膜區(qū)域的縱向磁場(chǎng)是閉合的。只要磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠，電子就只能在鍍膜區(qū)域和兩個(gè)靶之間運(yùn)動(dòng)，避免了電子的損失，從而增加了鍍膜區(qū)域的離子濃度，大幅度提高了濺射效率,圖3（a）雙靶閉合磁場(chǎng)磁控濺射 （b）雙靶鏡像磁場(chǎng)磁控濺射,三、特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1、靶材離化率高，薄膜沉積速率快 2、在復(fù)雜基體和不同材料上實(shí)現(xiàn)了均勻沉積 3、涂層附著性好，結(jié)合強(qiáng)度高,缺點(diǎn)： 設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，開 發(fā)、維修、護(hù)理等附加 成本較高

3、,四、研究實(shí)例（一,Surface Modification of AZ31 Mg Alloys by Depositing Silicon Nitrides Films 鎂合金：密度小，比強(qiáng)度高；耐腐蝕性能差，強(qiáng)度低 氮化硅薄膜：優(yōu)良的機(jī)械性能，薄膜硬度很高，耐磨性和抗劃傷能力很強(qiáng),圖4 不同N2流量比率R(N2)條件下氮化硅薄膜的顯微硬度,1#試樣表面局部小面積薄膜脫落，2#，3#撐試樣仍然沒有起皮和薄膜脫落現(xiàn)象發(fā)生。這可能是由于l#試樣的薄膜比較厚的原因造成的。 熱震實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：SiN薄膜與AZ31鎂合金基底之間的結(jié)合力良好，足以滿足應(yīng)用需要,表1 熱震實(shí)驗(yàn)參數(shù),四、研究實(shí)例（二,Mi

4、crostructures and Corrosion Resistance of TiBased Films Deposited on Depleted Uranium 單層膜：微孔和裂紋等缺陷 腐蝕介質(zhì)到達(dá)鈾基體 組成腐蝕電偶而腐蝕 缺陷擴(kuò)展 膜層開裂和脫離 TiTiN多層膜：各亞層界面之間的反復(fù)形核 細(xì)化晶粒 空隙率降低、致密性提高 抗腐蝕性改善,圖5 鍍層鹽霧腐蝕24 h后的表面形貌,在腐蝕電位附近，各樣品的極化電流都隨極化過電位的增大而快速增加，表明電極化過程受電子轉(zhuǎn)移的電化學(xué)活化控制。當(dāng)陽極極化到弱極化區(qū)后。極化電流隨極化電位的升高而增大，但極化曲線的斜率愈來愈大，即電極過程的阻力

5、越來越大，電子的轉(zhuǎn)移越來越困難 由圖可知，當(dāng)極化電位進(jìn)一步升高，TiTiN多層膜極化曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)以上極化電流迅速增加，說明鍍層表面出現(xiàn)了局部腐蝕或鍍層中原有微觀孔隙因腐蝕而貫穿到了鈾基體，局部活性點(diǎn)構(gòu)成了大陰極小陽極的腐蝕電偶對(duì)，從而加快了樣品的腐蝕,圖6 一500 V偏壓下Ti、TiN單層膜、TiTiN多層膜及鈾基體的電化學(xué)極化曲線,參考文獻(xiàn),1鞏中宣.閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)概述J.內(nèi)燃機(jī)與配件,2013,(1):19-21,24. 2李芬,朱穎,劉合等.磁控濺射技術(shù)及其發(fā)展J.真空電子技術(shù),2011,(3):49-54. 3牟宗信,臧海蓉,劉冰冰等.AZ31鎂合金基材非

6、平衡磁控濺射鍍膜工藝研究J.真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2012,32(1):6-10. 4朱生發(fā),劉天偉,吳艷萍等.鈾表面非平衡磁控濺射離子鍍Ti基薄膜的組織結(jié)構(gòu)與腐蝕性能J.真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2012,32(3):240-243. 5Lin, J.,Moore, J.J.,Pinkas, M. et al.TiBCN:CN_x multilayer coatings deposited by pulsed closed field unbalanced magnetron sputteringJ.Surface; Coatings Technology,2011,206(4):617-622. 6Zhifeng Shi,Yingjun Wang,Nan Huang et al.Microstructure, mechanical properties and wetting behavior of F: Si-C-N films as bio-mechanical coating grown by DC unbalanced magnetron sputteringJ.Journal of Alloys and Compounds: An