近年来，伴随着对材料表面力学、摩擦磨损、抗高温氧化以及抗腐蚀性能的新要求，硬质薄膜技术得到了飞速发展，并被广泛应用在机械、电子、冶金、汽车、航空航天等不同领域。虽然硬度值已经不再是这类涂层的***指标，但硬质薄膜依然可以根据其维氏硬度（HV）的大小分为三类：HV<40GPa为一般硬质薄膜；40GPa

 

　　硬质薄膜如TiAlN、MoS2-Ti等是为了提高材料的耐磨损、耐腐蚀和耐高温等性能而施加在材料表面的覆盖层，采用硬质薄膜能显著提高零部件的耐用性。从技术角度出发，厚度为几个微米及以下的覆盖层一般称硬质薄膜；几十微米乃至更厚的覆盖层一般称为硬质涂层。本文主要对硬质薄膜制备技术（CVD 和PVD）的相关发展进行介绍。

 

1、化学气相沉积技术

　　化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）是一种热化学反应过程，是在特定的温度和经过特别处理的基体（包括硬质合金和工具钢材质）表面所进行的气态化学反应。CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)、常压CVD(APCVD)、等离子体增强CVD(PECVD) 以及Hot- Filament CVD和Laser Induced CVD等。各方法的原理及优缺点在真空技术网前文中都有详细叙述，本文在此将不再赘述。CVD技术应用于硬质薄膜的制备是由瑞典的Sandvik 公司在上世纪60 年代末在硬质合金刀具上实现突破的，之后便广泛应用于TiC、TiN 等硬质薄膜的制备。近期开发的采用中温CVD (MTCVD)方法获得的TiCN 厚膜层，如文献[6]中所述，其具有***佳的耐磨损性能，使用寿命能提高70%以上。

 

　　近年来CVD技术已经取得了重要的技术进展，尤其是MTCVD 技术的发展，如IonBond 的Bernex 离子加强化学气相沉积（PECVD）制膜设备，使得温度低于200℃的情况下沉积极端光滑的无定形类金刚石（Amorphous Diamond- Like Carbon ，ADLC）薄膜成为了可能，ADLC 薄膜具有极低的摩擦系数、非电导性并且具有化学惰性，主要的应用领域包括发动机部件和机械零件；由北京有色金属研究院开发的具有自主知识产权，利用射频等离子体增强CVD技术制备磷化硼硬质薄膜，该薄膜成分均匀、应力小、与工件的附着力良好，具有硬度高、机械强度高及红外光学性能优良等特点。

 

　　然而，CVD技术普遍存在着不易工业化放大的难题。该法一般使用挥发性过渡金属卤化物作为前驱体，这类物质不但会污染环境，而且也腐蚀制膜设备的真空系统。前驱体性能不稳定、制造困难且类别较少也限制了CVD方法的应用。此外，大多数CVD技术工艺温度较高，容易导致基体力学性能降低及零件变形。由于CVD技术存在着上述不足，硬质薄膜的另一类制备方法物理气相沉积技术越来越受到青睐。






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2021-04-01本文摘自网络