1 소개
가공소재의 실패는 일반적으로 가공소재 표면의 손상으로 인해 발생합니다. 재료 표면과 표면 근처의 형태, 화학 성분, 미세 조직 및 성능을 개선하는 것은 가공소재의 품질을 향상시키고 수명을 연장하며 실효를 방지하는 효과적이고 경제적인 수단입니다. 표면 공학은 사전 처리된 후 다양한 표면 기술의 표면 수정, 표면 코팅 또는 복합 처리를 통해 재질의 표면 형태, 화학 성분, 미세 구조 및 성능을 개선하여 원하는 표면 성능을 얻을 수 있는 시스템 엔지니어링입니다.
표면공학은' 표면' 과' 인터페이스' 를 연구의 핵심으로, 관련 학과 이론을 바탕으로 재료 표면의 실효 메커니즘에 따라 각종 표면공학과 복합표면공학기술을 적용하여 재료의 성능을 개선하는 과학이다. 그 내용에는 표면 공학 기초 이론, 표면 기술 및 복합 표면 기술, 표면 처리 기술, 표면 검사 및 제어 기술 및 표면 설계가 포함됩니다. 여기서 표면 기술 및 복합 표면 기술은 표면 공학의 기술 기반과 핵심입니다.
표면 기술과 복합 표면 기술은 전자, 진공, 플라즈마, 물리적, 화학, 야금, 재료 등의 기술을 결합하여 재료의 표면과 기체를 하나로 통일하여 재료의 성능을 향상시키거나 새로운 재료를 얻는다. 일반적으로 사용되는 표면 기술은 표면 수정 기술, 표면 코팅 기술 및 복합 표면 기술로 나눌 수 있습니다.
2 표면 개질 기술
표면 수정 기술은 원래 표면의 거시적 기하학적 치수를 변경하지 않고 표면의 물리적 및 화학적 특성만 변경합니다. 표면 수정 기술에는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 화학 열처리 및 이온 주입을 포함하여 가공소재 표면의 화학 성분을 변경하는 것입니다. 다른 하나는 가공소재 표면의 화학 성분을 변경하지 않고 표면 변형 강화, 표면 변이 강화 등을 포함한 표면 미세 조직 상태를 변경하는 것입니다.
2. 1 화학 열처리
화학 열처리는 가공소재를 일정 온도의 활성 미디어에 배치하여 하나 이상의 요소가 표면에 스며들도록 하여 표면의 화학 성분, 미세 조직 및 성능을 개선하는 것입니다. 화학 열처리는 가공소재의 표면 강도, 경도, 내마모성 등의 성능을 향상시키는 동시에 마음의 강도와 인성을 유지하여 제품의 종합적인 기계적 성능을 향상시킵니다. 화학 열처리는 또한 공작물 표면의 이화 성능을 현저히 개선할 수 있다.
일반적으로 사용되는 화학 열처리로는 침탄, 질화, 유황 침투, 붕소 화, 실리콘 침투, 알루미늄 처리, 크롬 침투, 아연 침투, 바나듐 침투, 탄소 및 질소 침투, 황 및 기타 다 원소 침탄 등이 있습니다. 화학 열처리에 사용되는 매체에 따라 고체 침투, 액체 침투, 가스 침투, 염욕 침투, 진공 침투 및 플라즈마 화학 열처리로 나눌 수 있습니다. 침탄, 질화, 침탄 질화 등. 가공소재의 표면 경도, 내마모성 및 피로 강도를 향상시킬 수 있으며, 유황 침투, 유황 침투, 질소 산화, 질소 산화 등의 공정은 가공소재의 마찰 감소, 내마모성 및 교합성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
화학 열처리의 종류와 공예 방법이 많다. 공작물의 표면 성능이 향상됨에 따라 기존의 합금화 체계와 처리 방법이 더 이상 다른 공사 조건에서의 복무 조건 요구 사항을 완전히 충족시킬 수 없게 되면서 다원 침투와 복합 처리의 응용이 점점 더 넓어지고 있다. 각종 신기술 수단의 출현은 화학 열처리에 새로운 에너지를 제공하였으며, 플라즈마 화학 열처리, 레이저 표면 합금화, 전자빔 표면 합금화 등이 이미 공업에 적용되었다.
2.2 이온 주입
이온 주입의 원리는 한 원소의 원자를 이온으로 이온화하여 고압 전기장의 작용으로 가속화한 다음 고속으로 고체 표면에 입사하는 것이다. 입사이온은 재료의 원자 또는 분자와 일련의 물리적 및 화학적 작용을 일으켜 점차 에너지를 잃고 결국 재료에 남아 재질 표면 구성과 구조의 변화를 일으키거나 재질의 표면 성능을 최적화하거나 새로운 우수한 성능을 얻습니다.
이온 주입은 공작물의 표면 경도, 내마모성, 피로 강도, 내식성, 항산화성 등의 이화 성능을 크게 높여 도구, 금형, 정밀 내마모제, 부식제, 의학, 마이크로전자 등에 적용한다.
2.3 표면 변형 강화
표면 변형 강화의 원리는 기계적 방법을 이용하여 재질 표면을 강한 소성 변형으로 만들고, 표면에 일정한 두께의 냉가공 경화층을 생성하고, 잔류 압력 응력을 생성하여 표면의 피로 및 내식성을 높이는 것입니다. 표면 변형의 방법에는 스프레이, 롤링, 스쿼시, 초음파 충격 등이 있습니다.
2.4 표면 상전이 강화
표면 상전이 강화는 작업 표면을 열처리하여 표면 화학 성분을 변경하지 않고 재료의 미세 조직 및 성능을 변경하는 열처리 공정입니다. 그 공예원리는 전자기 감지, 화염, 레이저, 전자빔 등의 가열 방법을 이용하여 공작물 표면을 빠르게 상 변화 임계점 이상으로 가열하여 표면 재료를 작은 오스테 나이트 조직으로 바꾸는 것이고, 심부 재료는 여전히 상 변화 임계점 아래에 있어 기존 조직을 유지하는 것이다. 그런 다음 작업 중심 또는 외부의 빠른 냉각을 통해 표면을 담금질하여 작은 마르텐 사이트 조직을 확보하여 작업의 표면 경도와 내마모성을 높인 반면 작업 센터는 원래의 강인성이 좋은 특징을 유지합니다.
표면 상 변화 경화에는 유도 가열 표면 경화, 화염 가열 표면 경화, 전자빔 표면 경화, 레이저 표면 상 변화 경화 및 고 에너지 밀도 빔 표면 경화 등이 포함됩니다. , 기어, 샤프트 가공소재, 실린더 라이너, 피스톤 등의 표면 강화에 자주 사용됩니다.
3 표면 코팅 기술
표면 코팅 기술은 전기 도금, 무전 해 도금, 열 스프레이, 물리적 기상 증착, 화학 기상 증착, 전환 코팅 기술 등 기체와 뚜렷한 인터페이스가 있는 새로운 물질을 성장시키는 과정입니다.
3. 1 전기 도금 및 무전 해 도금
3.1..1도금
전기 도금은 전기 화학적 방법으로 기체 표면에 금속이나 합금을 퇴적시키는 기술로 용액/기체의 접촉 표면에 균일하게 용해되는 금속 이온을 전자로 만들어 금속 원자가 기체 표면에 퇴적되어 금속이나 합금 도금을 형성할 수 있다.
도금층은 단일 금속층, 합금층, 복합층 등을 포함한다. 실용적인 코팅은 일반적으로 다양한 단일 금속 코팅 또는 다양한 성능의 코팅으로 서로 결합하여 종합 성능이 우수한 복합 코팅을 형성합니다. 도금층은 주로 가공소재의 내식성, 장식성, 내마모성 등의 기능을 향상시키는 데 사용됩니다.
3. 1.2 브러시 도금
브러시 도금 기술은 특수한 DC 전원을 사용하며, 양극은 브러시 도금 펜과 음극으로 가공소재를 연결합니다. 브러시 도금 펜은 일반적으로 고순도 미세 흑연 블록을 양극 재료로 사용하며, 흑연 블록 외부는 면과 내마모성이 강한 폴리 에스터 슬리브를 감싸고 있습니다. 도금할 때 도금액에 담근 붓은 적당한 압력으로 일정한 속도로 가공소재 표면에서 움직입니다. 브러시 도금 펜이 가공소재에 닿는 부분에서 도금 용액의 금속 이온은 전기장력의 작용으로 가공소재 표면으로 확산되어 금속 원자로 복원되어 가공소재 표면에 퇴적되어 도금을 형성합니다.
브러시 도금은 도금액이 필요 없고, 부피가 작고, 무게가 가볍고, 현장에서 사용하기 쉽고, 퇴적률이 높다. 마모 가공소재 수리, 분산 제품 수리, 가공소재 표면 강화, 가공소재 내식성 향상, 가공소재 마찰계수 감소, 장식 등에 널리 사용됩니다.
3. 1.3 무전 해 도금
무전 해 도금은 용액 중의 환원제로 금속 이온 환원을 가공소재 표면에 퇴적시키는 과정이다. 일반적으로 사용되는 무전 해 도금 공정에는 무전 해 니켈 도금, 무전 해 구리 도금 및 복합 무전 해 도금이 포함됩니다. 무전 해 도금은 복잡한 공작물 표면에 치밀성, 내식성, 경도가 높은 균일한 코팅을 얻을 수 있으며, 공작물의 내마모성, 내식성, 장식성 등 이화 성능을 크게 향상시켜 석유화학, 전자, 자동차, 기계 등에 광범위하게 응용된다.
3.2 열 분사
열 스프레이 기술은 특정 열원을 사용하여 스프레이 재질을 용융 또는 반용융 상태로 가열하고 사전 처리된 베이스 표면에 특정 속도로 스프레이하여 코팅을 형성함으로써 베이스 표면에 특수 기능을 부여하는 것입니다. 열 스프레이 코팅은 일반적으로 스프레이 재질의 난방 용융 단계, 안개 단계, 비행 단계 및 충돌 퇴적 단계의 네 단계를 거칩니다. 사용 중인 열원에 따라 열 스프레이는 주로 화염 스프레이, 아크 스프레이, 플라즈마 스프레이 및 레이저 스프레이로 나뉩니다.
화염 스프레이는 연료 가스 또는 액체와 연소 가스를 일정 비율로 혼합하여 연소한 열을 가열하여 용융 스프레이 재료를 가열한 다음 일정 속도로 가공소재 표면에 스프레이하여 코팅을 형성하는 것입니다. 초기 스프레이 재질은 분말, 막대, 코어 또는 라인일 수 있습니다. 여기에는 금속선 화염 스프레이, 도자기봉 화염 스프레이, 분말 화염 스프레이, 고속 화염 스프레이 및 분말 화염 스프레이 용접이 포함됩니다.
아크 스프레이는 스프레이 재질의 두 개의 철사를 전력 소모극으로 사용합니다. 두 개의 금속선이 단락되어 아크에 불을 붙일 때, 전극 재료는 아크의 고온에 의해 용해되어 가공소재 표면에 스프레이되어 코팅을 형성하고, 후속 금속선은 지속적으로 용융된 부분을 보충하여 아크의 안정된 연소를 유지한다.
플라즈마 스프레이는 스프레이 분말을 플라즈마 화염에 넣어 용융이나 반용융까지 가열한 다음 일정 속도로 가공소재 표면에 스프레이하여 코팅을 형성하는 열 스프레이 공정입니다. 화염 온도가 높고, 제어성이 좋으며, 용융 입자의 비행 속도가 빠르다는 장점이 있으며, 플라즈마 스프레이에 사용할 수 있는 재료에는 현재 분말로 만들 수 있는 모든 재료가 포함됩니다. 플라즈마 스프레이에는 대기 플라즈마 스프레이, 제어된 대기 플라즈마 스프레이, 저압 플라즈마 스프레이 및 플라즈마 스프레이 용접이 포함됩니다.
열 스프레이는 다양한 코팅 재질 및 공정 방법을 선택하여 마찰 감소, 내마모성, 내식성, 고온 산화 방지, 열 장벽 기능, 촉매 기능, 생체 적합성 및 원적외선 복사 코팅을 준비합니다. 열 스프레이는 기계, 교통, 석유화학, 항공우주, 야금, 에너지, 국방 등에 광범위하게 적용되어 가공소재의 표면 성능을 향상시키고 마모와 부식된 가공소재를 복구하는 데 사용됩니다.
3.3 물리적 기상 증착
물리적 기상 퇴적 (PVD) 은 재질의 열 증발이나 스퍼터링과 같은 물리적 과정을 사용하여 원자를 소스 재질에서 라이닝 표면으로 조절할 수 있는 과정입니다. 물리적 기상침착의 주요 특징은 1 퇴적 과정에서 고체나 용융물질을 원천물질로 사용해야 한다는 것이다. ② 근원 물질은 물리적 과정을 통해 기상으로 들어간다. ③ 상대적으로 낮은 기압 환경이 필요하다. 일반적인 물리적 기상 퇴적 공정은 진공 증발, 스퍼터링 및 이온 도금으로 나눌 수 있습니다.
3.3. 1 진공 증발
진공 증발은 일정한 열원을 이용하여 진공 조건에서 소스 재료를 가열하여 기화하여 일정한 증기압을 가진 증기를 형성하고, 증기 입자 흐름은 라이닝을 직접 쏘아 라이닝표면에 결정화되어 박막을 형성한다. 진공 증발의 물리적 과정에는 각종 에너지가 열로 변환되어 원재료를 기화하고, 증기 입자가 기판 표면으로 전달되고, 기체 입자가 기판 표면에 응결되어 핵이 되어 고체 박막으로 자란다. 박막을 구성하는 원자가 재정렬되거나 화학 결합이 발생한다.
소스 재질의 진공 증발 과정을 가열하는 방법에는 저항 가열, 전자빔 가열, 감지 가열, 아크 가열 및 레이저 가열이 포함됩니다. 진공 증발은 순수 금속 박막, 합금 박막 및 화합물 박막을 준비할 수 있으며, 퇴적률이 높고, 진공도가 높으며, 박막 품질이 좋다는 장점이 있다. 그러나 밀도가 낮고 슬래브와의 결합 강도가 떨어지는 등 몇 가지 문제가 있습니다.
진공 증발이 널리 사용되고 있다. 포장재 표면에 알루미늄 도금막을 찜질하는 것이 가장 큰 응용 분야이다. 또한 광학 박막, 장식막, 전도막 등을 준비하는 분야에서도 어느 정도 지위를 차지하고 있다.
스퍼터링
스퍼터링 기술은 전기장으로 가속화된 하전 이온 폭격으로 스퍼터링된 과녁 전극이다. 이온 에너지가 적당하면 입사이온은 과녁면 원자와 부딪히는 과정에서 튀긴다. 일정한 운동 에너지를 가진 스퍼터링 원자는 일정한 방향으로 라이닝을 향해 기판 표면에 박막을 형성한다.
주요 스퍼터링 방법에는 DC 스퍼터링, 무선 주파수 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 반응성 스퍼터링 등이 있습니다. 이러한 방법은 서로 다른 바이어스 적용 방법과 결합되어 있으며, 무선 주파수 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링 및 반응성 스퍼터링과 같은 여러 가지 방법을 결합하여 반응 무선 주파수 측정 및 제어 스퍼터링을 형성할 수도 있습니다.
DC 스퍼터링
다이오드 DC 스퍼터링은 스퍼터링된 재질을 음극으로 사용하고 양극으로 사용되는 기판에 수천 볼트의 전압을 적용합니다. 시스템을 가장 높은 진공으로 뽑은 후 적절한 압력으로 충전된 불활성 기체는 양수 및 음수 전극 사이의 고압에서 대량의 기체 원자가 이온화된다. 이온화 과정에서 Ar 원자는 Ar+ 와 전자로 이온화된다. 정전기가 있는 Ar+ 는 고압 전기장에 의해 가속되어 캐소드의 과녁으로 고속으로 날아간다. 과녁과의 충돌 과정에서 대량의 과녁 원자가 상당히 높은 에너지를 얻고 과녁의 속박에서 벗어나 고에너지 과녁 원자가 기저 표면으로 날아가 박막을 형성한다.
다이오드 DC 스퍼터링 장치는 단순하며 금속 과녁과 반도체 과녁을 튀기는 데 적합하지만 방전 전압이 높고 기판 온도가 높고 음극 과녁 전류가 낮고 스퍼터링 속도가 낮아 손상되기 쉬우므로 고진공 상태에서 튀길 수 없습니다. 다이오드 DC 스퍼터링의 단점을 피하기 위해 다이오드 스퍼터링 장치에 가열 필라멘트 음극을 도입하고, 열 전자 방출을 이용하여 스퍼터링 가스의 이온화를 증가시켜 스퍼터링 가스의 압력과 스퍼터링 전압을 낮추고 방전 전류를 증가시켜 독립적으로 제어 할 수 있습니다.
3.3.2.2 무선 주파수 스퍼터링
DC 스퍼터링 퇴적 박막은 과녁재가 양호한 전도성을 요구하여 전도성이 좋지 않은 비금속 과녁재를 배합하여 박막을 준비하기에 적합하지 않다. 두 전극 사이에 AC 전원을 가하면 AC 주파수가 50kHz 를 초과할 때 두 전극 사이에 진동하는 전자는 고주파 전기장에서 충분한 에너지를 얻을 수 있어 기체 분자를 이온화시켜 양극성 스퍼터링에 필요한 기압보다 한 단계 낮은 기압으로 스퍼터링할 수 있다. 또한 고주파 전기장은 다른 임피던스 형태를 통해 퇴적실에 결합시켜 전극을 도체로서의 제한에서 벗어날 수 있다. 무선 주파수 스퍼터링은 금속 과녁을 튀길 수 있을 뿐만 아니라, 전기 매체 과녁도 튀길 수 있다. 무선 주파수 스퍼터링은 13.56MHz 를 많이 사용합니다.
3.3.2.3 마그네트론 스퍼터링
다이오드 스퍼터링의 스퍼터링률을 높이기 위해 2 차 전자가 라이닝에 미치는 악영향을 줄이기 위해 다이오드 스퍼터링의 음극 과녁면에 원형 폐쇄 자기장을 만들어 과녁면에 평행한 자기장 성분과 과녁면에 수직인 전기장이 전자포획 우물을 형성하여 2 차 전자를 감금하는 데 쓰인다. 과녁 표면에서 생성된 2 차 전자는 음극전위 강하 영역에서 가속화되어 에너지를 얻고 고에너지 전자로 변한다. 직교 전자기장의 전자 함정에 빠지면 양극에 직접 흡수되지 않고 직교 전자기장에서 선회 운동을 하여 2 차 전자가 양극에 도달하기 전의 여정을 크게 늘리고, 스퍼터링 가스와의 충돌 확률을 높이고, 스퍼터링 전류와 스퍼터링 속도를 높인다. 또한 마그네트론 스퍼터링 장치의 양극은 음극 근처에 있고, 기판은 양극에 있지 않으며, 2 차 전자에 의한 기판 폭격을 현저히 억제한다.
일반적으로 사용되는 마그네트론 스퍼터링 타겟 형태로는 평면 마그네트론 스퍼터링 타겟, 원통형 마그네트론 스퍼터링 타겟 및 S 건 마그네트론 스퍼터링 타겟이 있습니다. 최초의 마그네트론 스퍼터링은 자기장을 과녁면 근처에 폐쇄하는 것으로, 공작물 부근의 플라즈마 밀도가 매우 낮아 박막 퇴적에 대한 개입작용이 뚜렷하지 않다. 적절한 에너지의 고밀도 이온 폭격 기판을 통해 박막 품질을 높이기 위해 불균형 마그네트론 스퍼터링 설비를 개발했는데, 이 장치는 표류 자기장을 증가시켜 플라즈마 범위를 베이스로 확대하고 이온 폭격을 통해 박막의 퇴적 과정을 방해하여 박막 성능을 높이는 것이 특징이다.
3.3.2.4 반응성 스퍼터링
이 화합물을 과녁재로 사용하면 스퍼터링을 할 수 있지만, 어떤 경우에는 스퍼터링 과정에서 분해되어 퇴적막의 화학성분과 과녁재가 크게 다르다. 이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 스퍼터링실에서 가스 성분과 압력을 조절하여 화합물의 분해 과정을 제한하는 것이다. 또한 스퍼터링 가스에 적당량의 활성 가스를 섞어서 스퍼터링과 퇴적과 동시에 화학반응이 일어나 특정 화합물을 만들어 스퍼터링에서 반응, 퇴적까지 완료할 수 있다. 이 스퍼터링 과정을 반응성 스퍼터링이라고합니다.
반응성 스퍼터링에 의해 제조 된 필름은 순도가 높고, 조성이 잘 제어되며, 증착 온도가 낮고, 기저에 대한 제한이 적으며, 대 면적 균일 코팅 및 산업 생산에 적합합니다. 그러나 고저항 매체 박막을 준비할 때 반응 가스 압력이 너무 높으면 과녁 중독, 아크 방전, 양극이 사라지고 스퍼터링 과정이 불안정하고 박막 품질이 떨어질 수 있다. 이러한 불리한 영향을 피하기 위해서는 전원 패턴과 반응 가스의 가스 공급 패턴을 바꿀 필요가 있다. 자동 아크 소화 전원, 비대칭 펄스 스퍼터링 전원 공급 장치, 중간 주파수 AC 전원 공급 장치 중에서 선택할 수 있습니다. 반응가스의 공급 방식은 게이트 구역 가스 공급 펄스 흡기 등이다.
3.3.2.5 중간 주파수 마그네트론 스퍼터링
중간 주파수 마그네트론 스퍼터링은 일반적으로 이중 타겟 구조를 사용하여 AC 전원을 두 타겟에 연결합니다. 음의 반주기에서 첫 번째 과녁은 양이온에 의해 폭격되고 다른 과녁은 양극으로 사용된다. 양의 반주기에 있을 때 첫 번째 과녁은 양극이 되고, 플라즈마의 전자는 과녁 표면에 가속되어 과녁 표면의 절연 부분에 축적된 양전하를 중화하고, 다른 과녁은 음극으로 스퍼터링된다. AC 의 주파수가 일정 값에 도달하면 두 과녁은 양극과 음극으로 되어 아크와 양극이 사라지고 스퍼터링 과정의 안정성이 보장됩니다. 일반적으로 사용되는 전원 공급 방식은 대칭 전원 공급 장치, 사인파, 자체 일치 네트워크가 있는 40kHz AC 전원 공급 장치입니다.
중간 주파수 마그네트론 스퍼터링 타겟은 비평 형 자기장을 사용하여 박막 증착 공정에 대한 플라즈마의 간섭을 향상시킵니다. 최적화된 반응 가스 공급 방식을 통해 스퍼터링 과정의 안정성을 더욱 높일 수 있으며, 다양한 전도성이 떨어지는 고성능 박막을 준비하는 데 이상적인 방법이다. 금강석 탄소 (DLC) 막을 포함한 많은 기능막이 개발되었습니다.
DLC 막은 SP2 및 SP3 키를 포함하는 공간 네트워크 구조를 가진 무정형 탄소막입니다. 그것은 많은 금강석과 같은 성질을 가지고 있는데, 퇴적 온도가 낮고 표면이 매끄럽고 공예가 성숙하다. 많은 응용 분야에서 다이아몬드 박막보다 뛰어나다. 현재 도구, 금형, 정밀 마모 부품, 스피커, CD, 광학 반사 및 보호막, 전계 방출 평판 디스플레이 장치, 태양전지, 의약품 등에 널리 사용되고 있습니다.
3.3.2.6 스퍼터링 코팅의 적용
스퍼터링 코팅은 순수 금속 박막, 합금 박막 및 화합물 필름을 준비 할 수 있으며 기계, 전자 산업, 태양 에너지 이용, 광학, 장식, 화학, 군사 및 생물 의학 분야에서 널리 사용됩니다.
이온 도금
이온 도금은 진공 증발과 스퍼터링 기술을 바탕으로 개발된 신형 코팅 기술이다. 이온 도금은 진공 상태에서 가스 방전을 통해 가스 또는 증발 물질을 부분적으로 이온화하고, 작동 가스 이온 또는 증발 물질의 이온 폭격 하에서 증발 물질 또는 그 반응물을 기판 표면에 퇴적시키는 과정이다. 플라즈마의 활성성은 화합물의 합성 온도를 낮추고, 이온 폭격은 박막의 밀도, 미시 구조 및 기저와의 결합 강도를 높일 수 있다.
이온 도금은 DC 바이폴라 이온 도금, 3 극 이온 도금, 다중 음극 이온 도금, 무선 주파수 이온 도금, 빈 음극 이온 도금, 열사 아크 이온 도금, 진공 음극 이온 도금 및 마그네트론 스퍼터링 이온 도금으로 나눌 수 있습니다.
DC 바이폴라 이온 도금
DC 바이폴라 이온 도금은 증발 소스와 가공소재 사이에 DC 전압을 가하며 가공소재는 음의 전극입니다. 작동 가스와 증발 물질은 두 전극 사이의 글로우 방전 이온화를 통해 형성된 이온은 기판 근처의 음극 전위 강하 영역에 의해 가속화되고, 고속 폭격 기판 표면은 박막의 퇴적을 방해한다.
3.3.3.2 3 극 및 다중 음극 이온 도금
DC 바이폴라 이온 도금 이온화율이 낮아 글로우 방전을 자극하고 유지하기가 어렵다. 이러한 단점을 극복하기 위해 증발원과 라이닝 사이에 전자 송신기와 전자 수집기를 추가하고 고온 필라멘트에서 방출되는 대량의 전자를 플라즈마 영역에 도입하여 증발 입자와의 충돌 확률을 높이고 이온화율을 높였습니다. 이 이온 도금 공정을 3 극 이온 도금이라고합니다. 때로는 이온화율을 더욱 높이기 위해 DC 바이폴라 이온 도금 장비에 다중 음극 이온 도금이라고 하는 여러 개의 전자 송신기를 도입하기도 합니다.
3.3.3.3 RF 이온 도금
무선 이온 도금은 베이스와 증발원 사이에 고주파 감지 코일을 설치하여 작동 가스와 증발 물질의 이온화를 강화함으로써 증발, 이온화 및 세 가지 과정을 독립적으로 제어하는 이온 도금 공정입니다. 이 방법은 이온화율이 높아서 고진공에 퇴적할 수 있어 반응 이온 도금이 쉽다.
3.3.3.4 중공 음극 이온 도금
용융점이 높은 금속 (또는 텅스텐) 파이프는 음극으로 사용되고, 텅스텐은 양극으로 사용됩니다. 설비가 고진공을 뽑은 후, 탄탈관에서 진공실까지 텅스텐을 집어넣고, 아크 전원을 켜서 가스에 불을 붙이고 음극휘광 방전을 일으킨다. 빈 음극 효과로 인해 빈 관에서의 전류 밀도가 매우 높다. 대량의 Ar+ 가 관벽을 폭격하여 온도를 2000K 이상으로 올리고, 대량의 열전자를 발사하여 휘광 방전을 아크 방전으로 변환하고, 고밀도 전자폭격으로 도가니 안의 물질을 증발시켰다. 텅스텐으로 이동하는 과정에서 전자는 끊임없이 텅스텐과 증발된 물질과 충돌하여 이온화한다. 라이닝에 일정한 음의 바이어스를 가할 때, 박막 퇴적 과정에서 대량의 이온이 라이닝의 표면을 폭격할 것이다. 빈 음극 이온 도금 이온화율이 높고 감기 성능이 뛰어나 금속막, 합금막 및 화합물막에 사용할 수 있습니다.
3.3.3.5 핫 와이어 아크 이온 도금
열음극 이온 총실은 열사 아크 이온 도금 설비의 맨 위에 설치되어 있다. 열음극은 녹기 어려운 금속선으로 만들어졌으며, 전기가 고온으로 가열되어 대량의 열전자를 방출하고, 대량의 열전자가 열음극이온총실에서 아르곤과 충돌하여 전기 아크 방전을 발생시켜 고밀도 플라즈마를 생산한다. 열음극대 양전기를 기준으로 하는 보조 양극이나 텅스텐은 열음극의 이온총실과 코팅실 아래쪽에 설치된다. 이온총실 플라즈마의 전자가 코팅실에 도입되어 퇴적 공간에 안정적이고 고밀도 저능 전자빔을 형성하여 증발원과 이온화원 역할을 한다. 핫 와이어 아크 이온 도금은 아크 다용도로 특징 지어집니다. 열음극이온총은 증발원일 뿐만 아니라 증발물질의 이온화원, 기판의 가열원, 폭격정화원이기도 하다. 금속 이온화율, 플라즈마 밀도, 박막 품질이 높아 TiN, TiCN, TiAlN, 다이아몬드 탄소 (DLC), 다이아몬드 등의 박막 증착에 적합합니다. TiN 막은 현재 가장 성숙한 보호막 시스템으로 경도, 인성, 화학적 안정성이 뛰어나 건축 재료, 장식 재료, 도구 재료, 음향 재료 등에 널리 사용되고 있습니다. 합금화와 다층화를 통해 TiN 박막의 성능을 더욱 높일 수 있다.
3.3.3.6 진공 음극 아크 이온 도금
진공 음극 호 이온 도금은 음극 호를 이용하여 직접 증발하고 고도로 이온화되어 도금된 재료입니다 (금속 입자 이온화율은 75% ~ 95%). 가공소재의 바이어스 하에서 고도로 이온화된 입자는 고에너지로 가공소재 표면에 퇴적되어 고체 박막을 형성한다. 반응 이온 도금은 반응 가스를 퇴적 분위기에 도입하여 화합물막을 만들어 할 수 있다.
진공 음극 아크 퇴적 기술은 각종 금속 박막, 합금 박막, 화합물 박막, 다층박막, 복합막 등을 준비할 수 있다. , 특히 도구, 금형, 내마모성 보호 필름에 적합합니다. 더하여, 방위, 기계, 화학, 경공업, 직물, 일용 철물 및 기타 분야에서 널리 사용되는 부식에 내성이 있는 고급 장식 페인트의 준비에도 적용됩니다.
3.3.3.7 마그네트론 스퍼터링 이온 도금
마그네트론 스퍼터링 이온 도금은 마그네트론 스퍼터링과 이온 도금을 결합한 코팅 기술이다. 일반 마그네트론 스퍼터링 이온 도금과는 달리, 기판에 음의 바이어스를 가하여 기판 표면에 도달하는 이온 에너지를 조절하여 마그네트론 타겟의 안정적인 스퍼터링과 박막 증착 중 고에너지 타겟 이온의 간섭을 실현한다.
마그네트론 스퍼터링 이온 도금은 금속 박막, 합금 박막 및 화합물 필름을 제조할 수 있으며 경질 박막, 부식 방지 박막, 장식 박막, 광학 박막, 마이크로전자 박막, 의료용 박막 등에 널리 사용됩니다.
3.4 화학 기상 증착
화학기상침착물 (CVD) 은 기체 전구체 반응물을 사용하여 원자와 분자의 고체 표면에서의 화학반응을 통해 고체 필름을 생성하는 공예이다. 혼합 가스의 일부 성분을 분해하고 혼합 가스와 기체 표면의 상호 작용을 통해 기체 표면에 금속, 합금 또는 화합물 박막을 형성한다.
반응 역학의 관점에서 볼 때, 퇴적 반응을 달성하기 위해서는 초기 혼합 가스가 고체 표면과 상호 작용하고 퇴적 반응 과정에서 일정한 활성화 에너지가 있어야 한다. 활성화 방식에 따라 화학기상침착은 열화학기상침착, 플라즈마보조화학기상침착 (PACVD), 레이저보조화학기상침착 (LCVD), 금속유기화학기상침착 (MOCVD) 등으로 나눌 수 있다.
열화학기상침착물 (CVD) 은 일정 온도에서 혼합가스와 표면이 상호 작용하여 형성된 박막이다. 장비는 간단하고, 반복성이 좋고, 막기결합 강도가 높다. 그러나, 퇴적 온도가 높고, 기저의 선택이 제한되어 있다. 주로 초경합금 또는 세라믹 공구에 경질 필름을 준비하는 데 사용됩니다.
PACVD 는 플라즈마의 에너지에 의존하여 기체의 고체 표면에서의 화학반응을 활성화시켜 전자공업에서 이미 광범위하게 응용되었으며, 도구, 금형, 내마모 표면 퇴적 보호막에도 점점 더 많이 응용되고 있다.
LCVD 는 레이저가 유도하고 촉진하는 화학 기상 퇴적 과정으로, 레이저가 반응가스 또는 라이닝 표면과 상호 작용하는 과정으로 태양전지, 집적 회로, 특수 기능 박막, 광학 박막, 경질 박막, 초경막 등을 준비하는 데 중요한 응용이 있다.
무기화학기상반응 전구체 대신 유기금속화합물로 화학기상반응의 온도를 현저히 낮출 수 있다. MOCVD 는 다양한 무기 물질을 저온으로 퇴적시켜 마이크로웨이브와 광전기, 고급 레이저 등에 광범위하게 응용할 수 있다.
3.5 전환 코팅 기술
알루미늄 합금 재질을 전해질에 양극으로 넣으면 전기 분해를 통해 표면에 변환막을 형성하여 표면 경도와 내식성을 높일 수 있습니다. 알루미늄 합금 표면은 경질 양극산화로 처리되어 두께가 30 ~ 50 μm 이고 경도가 약 Hv500 인 막을 형성하여 내식성, 절연성, 화학적 안정성 및 흡착성이 우수합니다. 양극 산화 처리는 실린더 라이너, 피스톤, 기어, 임펠러, 레일, 베어링 및 금형 엔지니어링 조립품에 적합합니다. 게다가, 그것은 또한 기막의 좋은 코팅이다.
4 복합 표면 기술
단면 기술은 실제 응용에 한계가 있어 복무 조건에 필요한 더 높은 성능 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 많습니다. 이를 위해서는 다양한 표면 처리 기술을 결합하여 단점을 피하고 가공소재의 표면 성능을 크게 높여야 합니다. 이 방법을 복합 표면 기술이라고 합니다. 예를 들어, 기상침착막과 기저 사이의 결합 강도를 높이기 위해 일반적으로 퇴적막 전에 기판을 화학적으로 열처리하여 두꺼운 고경도 전이층을 얻습니다. 열 스프레이와 레이저 재용융의 결합은 코팅의 내부 응력을 낮추고 코팅과 기체의 촘촘함과 결합 강도를 높인다. 이온빔 보조 침착은 이온 주입과 증발 또는 스퍼터링 기술을 결합하여 개발되었으며 필름의 성능을 크게 향상시킵니다.
5 결론
표면 기술은 공작물의 성능을 향상시키는 효과적이고 경제적인 수단으로 급속히 발전하고 광범위하게 응용되었다. 현재 다양한 첨단 표면 기술과 표면 재료가 개발되어 국민 경제 발전에 중요한 공헌을 하였다. 그러나 공작물 복무 조건이 악화되면서 전통적인 표면 기술 및 표면 재료는 더 이상 공업이 제시하는 갈수록 까다로워지는 요구 사항을 충족시킬 수 없게 되면서 새로운 표면 기술 및 표면 재료를 지속적으로 개발해야 합니다. 재료 설계, 표면 공정 장비 및 기술, 사용 조건 등에서. 베이스, 표면 및 환경을 하나의 시스템으로 다양한 표면 기술과 결합하여 가공소재의 표면 성능을 더욱 향상시킵니다.
참고
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