氮化钛涂层有哪些制备方法及其优缺点?

　　氮化钛是一种新型多功能材料，具有高强度、高硬度、高耐磨性以及高抗氧化性等优点，可以作为耐磨涂层使用，同时氮化钛涂层的颜色与黄金极为相似，可以沉积在首饰或灯具表面用作装饰涂层，有着广泛的应用。在上世纪70年代，氮化钛涂层成功应用于刀具等切割加工工具上，促进了刀具加工行业的发展。刀具涂层的常用制备方法为物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)两大类，也是氮化钛涂层的常用制备方法，具体细分又有许多种

　　一、物理气相沉积法

　　物理气相沉积制备氮化钛涂层使用较多的是多弧和溅射沉积方法。

　　1、多弧沉积方法

　　多弧沉积方法( MAP)是一种应用广泛的物理气相沉积技术，具有高的离化率和沉积离子能量，有助于反应成膜、提高薄膜质量及薄膜与基体的结合力。

　　缺点：

　　多弧技术沉积的涂层中残留了由阴极材料射出的宏观颗粒(即所谓的“液滴”)。这些颗粒粒径可达数十微米，导致涂层强度减弱、表面粗糙度增加、膜层均匀性降低等缺陷，使其在较恶劣工作环境下的应用受到限制。孔洞缺陷也是电弧离子镀膜中普遍存在的一种缺陷，根据不同的镀膜方式与工艺条件所制备的薄膜，其孔洞缺陷差别也很大。另外，疏松与缝隙也是电弧离子镀氮化钛涂层中出现的缺陷。

　　针对多弧技术沉积氮化钛涂层出现的缺陷，研究者们对设备、工艺进行了改进。如采用磁过滤阴极弧等离子体沉积装置( FCAP)制备氮化钛涂层。

　　优点：

　　该方法利用磁场产生的旋转力提高弧斑的旋转运动速度，减少弧斑在靶面的停留时间,从而减小弧斑尺寸，在一定程度上消除宏观粒子团，减少柱状结构，制备的氮化钛涂层结构更加致密、表面更加光滑、晶粒较为细小。采用FCAP方法制备的氮化钛涂层具有更高的硬度和结合力。

　　2、磁控溅射沉积

　　溅射是入射粒子和靶碰撞，靶原子被撞后，获得足够能量，离开靶材，沉积于基体上。常用的溅射方法，溅射效率不高。为了提高溅射效率，加入了磁控技术。采用的磁控溅射源中的磁场为均匀封闭磁场的方法，此方法被称作平衡磁控溅射法。

　　优点：

　　此方法无论是平面靶还是柱状靶，都是利用平行于靶面的磁场分量来约束二次电子在靶面做螺旋线运动。以此提高氩气的离子化率和提高溅射速率。

　　缺点：

　　这种磁场结构的不足之处在于高密度的等离子体区只能分布在靶面附近，整个镀膜室内的等离子体密度低。因此在沉积氮化钛涂层时，由于金属离化率低，使得氮、钛两种元素不容易反应生成氮化钛膜，工艺难度大，膜层色泽稳定性差，而且只能把工件安置在距离靶面50~ 100 mm的范围内。这样小的有效镀膜区限制了待镀工件的尺寸，制约了磁控溅射镀膜技术的生产效率和应用范围。