氮化鈦涂層有哪些制備方法及其優缺點

     氮化鈦是一種新式多功能材料，具有高強度、高硬度、高耐磨性以及高抗氧化性等優點，能夠作為耐磨涂層運用，同時氮化鈦涂層的顏色與黃金極為類似，能夠堆積在首飾或燈具外表用作裝修涂層，有著廣泛的使用。在上世紀70年代，氮化鈦涂層成功使用于刀具等切開加工東西上，促進了刀具加工職業的開展。刀具涂層的常用制備方法為物理氣相堆積法（PVD）和化學氣相堆積法（CVD）兩大類，也是氮化鈦涂層的常用制備方法，具體細分又有許多種。

一、物理氣相堆積法

物理氣相堆積制備氮化鈦涂層運用較多的是多弧和濺射堆積方法。

1、多弧堆積方法

多弧堆積方法( MAP)是一種使用廣泛的物理氣相堆積技術，具有高的離化率和堆積離子能量，有助于反應成膜、提高薄膜質量及薄膜與基體的結合力。

缺點：

多弧技術堆積的涂層中殘留了由陰極材料射出的微觀顆粒（即所謂的“液滴”）。這些顆粒粒徑可達數十微米，導致涂層強度削弱、外表粗糙度添加、膜層均勻性降低等缺點，使其在較惡劣工作環境下的使用受到約束。孔洞缺點也是電弧離子鍍膜中普遍存在的一種缺點，根據不同的鍍膜方式與工藝條件所制備的薄膜，其孔洞缺點差別也很大。另外，疏松與縫隙也是電弧離子鍍氮化鈦涂層中出現的缺點。

針對多弧技術堆積氮化鈦涂層出現的缺點，研究者們對設備、工藝進行了改善。如選用磁過濾陰極弧等離子體堆積設備( FCAP)制備氮化鈦涂層。

優點：

該方法使用磁場發生的旋轉力提高弧斑的旋轉運動速度，減少弧斑在靶面的停留時間,然后減小弧斑標準，在一定程度上消除微觀粒子團，減少柱狀結構，制備的氮化鈦涂層結構愈加細密、外表愈加潤滑、晶粒較為細微。選用FCAP方法制備的氮化鈦涂層具有更高的硬度和結合力。

2、磁控濺射堆積

濺射是入射粒子和靶碰撞，靶原子被撞后，獲得滿足能量，脫離靶材，堆積于基體上。常用的濺射方法，濺射功率不高。為了提高濺射功率，加入了磁控技術。選用的磁控濺射源中的磁場為均勻關閉磁場的方法，此方法被稱作平衡磁控濺射法。

優點：

此方法無論是平面靶仍是柱狀靶，都是使用平行于靶面的磁場分量來約束二次電子在靶面做螺旋線運動。以此提高氬氣的離子化率和提高濺射速率。

缺點：

這種磁場結構的不足之處在于高密度的等離子體區只能分布在靶面附近，整個鍍膜室內的等離子體密度低。因此在堆積氮化鈦涂層時，因為金屬離化率低，使得氮、鈦兩種元素不容易反應生成氮化鈦膜，工藝難度大，膜層色澤穩定性差，而且只能把工件安頓在距離靶面50~ 100 mm的范圍內。這樣小的有用鍍膜區約束了待鍍工件的標準，制約了磁控濺射鍍膜技術的出產功率和使用范圍。

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