多弧离子镀调研报告

多弧离子镀技术的现实状况调研引言物理气相沉积技术早在20世纪初已经有些应用，但在近来30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术，并向着环境保护型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面得到越来越为广泛的应用。离子镀技术是在真空蒸镀和真空溅射的基础上于20世纪60年代初发展起来的新型薄膜制备技术，于1963年由D．M．Mattox提出，1971年Chamber等刊登了电子束离子镀技术，1972年又出现了反应蒸发镀（ARE）技术，并制作了TIN及TIC超硬膜。同年，MOLEY和SMITH将空心阴极技术应用于镀膜。多弧离子镀属于离子镀的一种改善措施，是离子镀技术中的皎皎者。最早由苏联人开发，80年代初，美国的Multi-Arc企业首先把这种技术实用化，至此离子镀到达工业应用水平。离子镀种类诸多，蒸发远加热方式有电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热等然而多弧离子镀与一般的离子镀有着很大的区别。多弧离子镀采用的是弧光放电，而并不是老式离子镀的辉光放电进行沉积。简朴的说，多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源，通过靶与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而在空间中形成等离子体，对基体进行沉积。由于多弧离子镀技术具有镀膜速度高，膜层的致密度大，膜的附着力好等特点，使多弧离子镀镀层在工具、模具的超硬镀膜、装饰镀膜等领域的应用越来越广泛，并将占据越来越重要的地位。离子镀技术是目前使用面最为广泛、最为先进的表面处理技术之一，而多弧离子镀更是其中的佼佼者。据不完全记录，国内外有近二分之一以上表面处理使用多弧离子镀技术，尤其是那些需要耐磨、耐蚀及特殊规定的场所。伴随社会的进步，科学的发展，离子镀技术必将加完善。目录1物理气相沉积技术1.1物理气相沉积技术种类物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)技术是在真空条件下，采用物理措施，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的重要措施有（1）真空蒸镀；（2）溅射镀膜；（3）离子镀膜。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、、聚合物膜等。1.1.1真空蒸镀真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的措施常用电阻加热，高频感应加热，电子束、激光束、离子束高能轰击镀料，使其蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。溅射镀膜基本原理是充氩气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩原子电离成氩离子，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。假如采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同步产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。1.2物理气相沉积技术重要厂商1.2.1PLATIT涂层设备企业PLATIT企业总部位于瑞士，属于BCI集团旗下企业。该企业是目前唯一只做设备不做涂层服务的企业。目前在国内的市场重要由代理商科汇负责，科汇最早在香港开了涂层中心，于在深圳成立分厂，但目前基本都转移到深圳。PLATIT的最大长处是开发纳米构造涂层，并且宣传的非常好，PLATIT的设备是目前在国内销售的最多的外国涂层设备。1.2.2赛利涂层技术有限企业??赛利涂层技术有限企业原是天威赛利涂层技术有限企业，由天威集团与德国CemeConAG共同投资成立。企业成立于09月。04月，天威赛利成功通过德国TüV（莱茵企业）的ISO9001:质量认证，06月顺利完毕了由德国CemeCon独资的股权变更，企业名称变更为：保定赛利涂层技术有限企业。企业主营业务为：PVD（物理气相沉积）与金刚石涂层产品、涂层设备、配件与耗材的制造、销售与售后服务。1.2.3欧瑞康巴尔查斯有限企业??欧瑞康巴尔查斯涂层(苏州)有限企业是瑞士独资企业，注册成立于，目前全国有7个涂层中心，分别位于天津、江苏苏州、浙江温岭、陕西汉中和西安、四川成都、广州东莞。目前我们正在建设两个新的涂层中心，分别位于在重庆市和山东济南市。欧瑞康已涉足六大领域：涂层、真空、光学和航空元件、纺织品、推进系统、半导体等。欧瑞康巴尔查斯产品在国市场的占有份额约为15％～20％，这一份额已经是国内最大的PVD涂层企业，比其他涂层企业要高出诸多，目前巴尔查斯在全球市场所占份额约为三分之一。1.2.4德国PVT涂层有限企业德国PVT涂层有限企业，是由德国PVT企业在中国投资设置的涂层加工中心，企业总部在德国的本斯海姆，目前该企业自己在国内有四个涂层中心：黑龙江哈尔滨、江苏常州、浙江温岭、广东东莞。德国PVT企业是当今世界上最先进的超硬涂层技术研发和设备制造企业之一，是专门开发设计具有世界领先水平的离子和等离子真空镀膜设备的高科技企业，重要集涂层设备制造，涂层新工艺研发及涂层加工于一体。尤其是其动态磁场设计，电弧运动速度快，并且遍及整个靶面，可以提高膜层均匀性、提高靶材运用率、减小液滴等特点。1.2.5瑞士Sulzer瑞士Sulzer企业成立于1984年，1987年在德国BevgischGladbach建立独立的涂层中心，重要以MAXIT耐磨涂层为主。1992年开始生产制造设备，并扩大了涂层服务，1997年吞并了KlocknevIononGmbH企业，业务范围扩展到等离子渗氮领域，即IONITR耐磨保护，1999扩展到装饰涂层领域。该企业被瑞士Sulzer企业收购，扩大了BergischGladbach的IONIT和IONITOX的生产规模，成为最大的工业等离子表面处理制造商。吞并了美国前DB薄膜企业，开始从事MAXIT、IONIT、IONITOX生产服务。1.2.6亚特梯尔镀层科技有限企业亚特梯尔镀层科技有限企业是由香港ArtTechnologyDevelopmentLTD与英国TeerCoatingLTD共同投资组建的外资企业。Teercoating重要强项是非平衡磁控溅射，企业位于东莞市凤岗镇塘沥村福民工业区，重要从事机械加工用的刀、模具的镀层处理，目前重要生产CrAlTiN、Graphit-iC和MoST三种高性能的镀层。1.2.7爱恩邦德技术有限企业爱恩邦德技术有限企业于由IonbondAG集团投资140万美金成立了爱恩邦德涂层（苏州）有限企业，企业下设苏州、昆山两个工厂分别位于苏州工业园区和昆山经济技术开发区。IonbondAG集团中国总部―--爱恩邦德（无锡）技术有限企业设于无锡市高新科技技术区，IonbondAG集团致力于CVD（化学气相沉积）、PVD（物理气相沉积）、PACVD（离子加强化学气相沉积）以及CVA（铝化学气相沉积）等多种表面膜层技术及其设备的研发与生产。1.2.8豪泽（Hauzer）技术镀层企业豪泽（Hauzer）技术镀层企业是PVD技术的全球供应商，该技术广泛应用于切削刀具、汽车零部件及卫浴五金件。母企业易普森国际是市场上领先的真空热处理技术供应商，易普森工业炉（上海）有限企业是其在中国的生产基地。豪泽企业以易普森上海为其在中国的基地，为豪泽企业先进的镀层和PVD系统的顾客提供当地化的服务支持。除了为切削刀具提供一流的硬镀层外，豪泽企业也为硬质钢的干式高速加工以及铝、不锈钢和钛合金的切削刀具提供最优化的工具镀层技术和减磨镀层技术。Hauzer在汽车发动机零部件涂层上的市场份额是全球第一的，此外他最突出的涂层技术是在DLC膜上，这几年刀具涂层方面的业务发展迅速。1.2.9北京丹普表面技术有限企业北京丹普表面技术有限企业是由北京丹鹏表面技术研究中心和意大利普罗泰克表面技术有限企业于4月共同投资兴建的中意股份合作企业。重要从事物理气相沉积（PVD）技术的研究和开发。主营产品为阴极电弧离子蒸发系统和非平衡磁控溅射系统，AS系列和Propower(简称PP)系列计算机全自动控制离子镀膜设备是其主打产品。1.3物理气相沉积技术总结磁控溅射技术和电弧技术在工具涂层领域各有优势，到目前为止还很难说哪种技术更好。磁控溅射技术这几年发展很快，世界涂层领域在工具涂层上溅射技术做的最佳的还是德国的Cemecon企业，并且涂层的产品几乎全是刀具。在刀具涂层领域，涂层设备的设计制造也有某些新的趋势。某些著名的国外涂层设备制造商纷纷推出电弧加溅射的涂层设备，例如Sulzer的Domino系列涂层设备，Balzers的Innova，以及豪泽企业的涂层设备。因此溅射技术还是存在电弧技术替代不了的优势的。近来两年来，高能脉冲磁控溅射技术炒的很热。以Cemecon和Hauzer企业为代表，已经推出了采用这种技术的涂层设备。从原理上讲，这确实是一种可以结合电弧和溅射技术所有长处的涂层技术。假如发展的顺利，高能脉冲磁控溅射技术将代表工具涂层技术未来的发展方向。在国内物理气相沉积镀膜设备重要是以进口为主，目前国内在物理气相沉积技术方面还属于引进的阶段，缺乏自主著名品牌，在市场上没有竞争力，这也同步预示着国内物理气相沉积技术的发展空间。总体技术的差距导致国外企业的垄断，在这方面应当加大投资，研发具有自主知识产权的高性能设备与产品提高竞争力。2多弧离子镀2.1多弧离子镀原理及工艺多弧离子镀的蒸发源构造由水冷阴极、磁场线圈、引弧电极等构成。阴极材料即是镀膜材料，在10-1~10Pa真空条件下，接通电源并使引弧电极与阴极瞬间接触，在引弧电极离开的瞬间，由于导电面积的迅速缩小，电阻增大，局部区域温度迅速升高，致使阴极材料熔化，形成液桥导电，最终形成爆发性的金属蒸发，在阴极表面形成局部的高温区，产生等离子体，将电弧引燃，低压大电流的电源维持弧光放电的持续进行。在阴极表面形成许多明亮的移动变化的小点，即阴极弧斑。阴极孤斑是存在于极小空间的高电流密度、高速变化的现象。阴极弧斑的尺寸极小，有关资料测定为1~100μm；电流密度可高达105~107A/cm2。每个弧斑存在的时间很短，在其爆发性地离化发射离子和电子，将阴极材料蒸发后，在阴极表面附近，金属离子形成空间电荷，又建立起弧斑产生的条件，产生新的弧斑，众多的弧斑持续产生,保持了电弧总电流的稳定。阴极材料以每一种弧斑60%~90%的离化率蒸发沉积于基片表面形成膜层。阴极弧斑的运动方向和速度受磁场的控制，合适的磁场强度可以使弧斑细小分散，对阴极表面实现均匀刻蚀。多弧离子镀的基本原理就是把金属蒸发源(靶源)作为阴极，通过它与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发并离化，形成空间等离子体，对工件进行沉积镀覆。2.2多弧离子镀工艺特点多弧离子镀是20世纪70年代开始研究的一种新的物理气相沉积工艺，这种工艺的特点如下：1）阴极电弧蒸发源不产生溶池，可以任意设置于镀膜室合适的位置，也可以采用多种电弧蒸发源，提高沉积速率使膜层厚度均匀，并可简化基片转动机构。2）金属离化率高，可达80%以上，因此镀膜速率高，有助于提高膜基附着性和膜层的性能。3）一弧多用。电弧既是蒸发源和离化源又是加热源和离子溅射清洗的离子源。4）沉积速度快，绕镀性好。5）入射粒子能量高，膜的致密度高，强度和耐磨性好。工件和膜界面有原子扩散，因而膜的附着力高。2.3多弧离子镀膜设备多弧离子镀设备一般比较简朴，整个设备重要由真空镀膜室、弧源、真空获得系统、偏压源等几大部分构成。弧源是多弧离子镀设备的关键部件，目前国内一般使用小弧源，直径为60～80mm，厚度为直径的1/2。少数离子镀膜机采用柱状弧源设计，一台镀膜机只装一种柱状弧源于真空室中央，工件置于四面。国外有些离子镀膜机使用大弧源，直径达100mm，厚度约为直径的1/4，一台镀膜机上装有12~32个弧源，待镀工件置于真空室中央。1、目前国际上一流的PVD设备制造商有欧瑞康巴尔查斯、豪泽、苏尔寿等欧瑞康巴尔查斯研发出拥有专利的新工艺，使用该工艺可以制备具有高硬度、热稳定性和化学稳定性的氧化铝涂层，支持层和氧化铝层都是在低于600℃的温度下通过单一渠道生成。豪泽企业在电弧蒸发与磁控溅射技术的基础上研制出系统设备（电弧蒸发+磁控溅射）是一款多功能研发生产型设备，使用该设备可制备结合强度高、表面光滑致密的涂层，且可制备渗金属DLC涂层。苏尔寿企业开发出具有专利的AEGD（电弧增强辉光放电）技术，涂层前使用该技术对工件表面进行清理，涂层后可获得极好的涂层与基体结合强度。2、国内比较著名的多弧离子镀膜设备厂家表1厂家明细序号企业名称地址1上海法德机械设备有限企业上海2上海沃家真空设备有限企业3北京丹普表面技术有限企业北京4北京德泰隆科技发展有限企业5北京隆冠科技有限企业6东莞汇成真空科技企业广东东莞7东莞至成真空有限企业8东莞爱加真空科技企业9温州市佳能真空电镀设备科技有限企业浙江温州10肇庆市振华真空机械有限企业广东肇庆11肇庆市华泰真空设备制造有限企业12常州翔宇设备企业江苏常州3、目前国内厂家提供的国产多弧离子镀膜设备与国外厂家相比虽然具有价格优势，不过技术差距还是比较明显的，目前国内的重要市场还是被进口设备控制，有实力的镀膜生产厂家还是使用进口设备，镀膜效果好于国产，这也是后来国产设备努力的方向。伴随真空镀膜技术的发展，对设备的规定也越来越高，中国市场容量巨大，研制高性能镀膜设备以及工艺对中国真空镀膜技术的发展有很大的协助。3多弧离子镀技术制备银膜3.1多弧离子镀设备制备银膜的特点Ag具有很好的真空摩擦学性能、良好的导电性和对光的高反射率，因此Ag薄膜在空间技术具有较多应用，被用作精密运动部件的固体润滑剂、太阳能电池板组件间的互联片和反射镜面等。3.2破坏银膜的重要原因在某些空间环境条件下，Ag薄膜也许会面临原子氧(AtomicOxygen，AO)的辐照，研究表明原子氧辐照可引起Ag薄膜的氧化，氧化层的开裂和剥落会导致Ag薄膜的构造破坏和摩擦学性能的恶化。因此，改善Ag薄膜的耐原子氧性能，对其在空间环境的可靠应用品有重要意义。3.3多弧离子镀设备制备银膜的改善采用多弧离子镀膜技术可以很好的改善银膜的特性，研究表明，薄膜的构造对其耐氧化性能和摩擦学性能均具有明显的影响，致密的薄膜构造有助于提高其耐氧化和耐磨损性能。采用低温多弧离子镀膜技术镀银薄膜，可明显变化单相薄膜的组织构造，导致薄膜构造由柱状晶向细密球型晶的转变。采用低温多弧离子镀膜技术可以增长银膜的附着力、银膜的构造密度、银膜的均匀性，从而可以改善氧原子对银膜的破坏。4生产成本分析4.1成本分析的目的成本分析汇报是企业在生产经营活动中，对构成产品（商品）成本的诸多原因进行量化分析，即按一定的措施，运用、和其他有关资料，揭示成本计划完毕状况，查明成本升降的原因，寻求减少成本的途径和措施，以求控制实际成本支出，以实现用至少的消耗获得最大经济效益的研究分析汇报。成本分析是成本管理的重要构成部分，是寻求减少成本途径的重要的手段。成本分析可以大大提高企业的管理水平，从而为减少生产成本、提高企业经济效益。4.2成本分析的主线任务成本分析汇报的主线任务是为了挖掘减少成本潜力，促使企业以较少的劳动消耗生产出更多更好的使用价值，实现更快的价值增值。因而，成本分析的关键就是围绕着提高经济效益，不停挖掘减少成本的潜力，充足认识未被运用的劳动和物资资源，寻找运用不完善的部分和原因，发现深入提高运用效率的也许性，以便从各方面揭发矛盾，找出差距，制定措施，使企业经济效益愈来愈好。4.3影响产品成本的重要原因：4.3.1建厂时带来的固有原因1、厂房建设的固定投资；2、设备购置的固定投资；3、生产保障配套设施的固定投资；4、支付周围生产服务单位的投入；4.3.2宏观经济原因1、直接原材、辅助材料成本的浮动；2、直接人工成本的变动；3、生产运行制造费用的变化；4、产品市场价格变动；4.3.3企业经营管理原因1、的支出；2、的支出；3、支出；4.3.4生产原因1、最大生产力资源运用的比例；2、生产设备维护、更新的费用支出；3、生产不良品的费用消耗；4、生产技术成本的投入；4.3.5其他影响原因5多弧离子镀工艺问题分析和改善方向由于影响涂层质量的原因多而复杂，因此研究工艺参数与涂层性能指标之间的关系，以实现涂层性能预测与工艺优化设计，一直是研究人员致力的目的。国内外研究表明多弧离子镀的重要工艺参数有：基体沉积温度、反应气体压强与流量、靶源电流、基体负偏压、基体沉积时间等。5.1基体沉积温度基体沉积温度对涂层的生成、生长及涂层的性能产生直接的影响。根据吉布斯的吸附原理可知，温度越高基体对气体杂质的吸附越少。因此，一般说来，基体沉积温度高，有助于涂层的生成、生长，增大沉积速率；也有助于提高涂层与基体的附着力，使涂层晶粒长大，表面平整光亮。但温度太高，会引起晶粒粗大，强度和硬度下降。5.2反应气体压强与流量反应气体的压强与流量大小直接影响涂层的化学成分、组织构造及性能。5.3 靶源电流弧斑的数目与靶源电流成正比，阴极斑点的数目伴随靶源电流的增大而增长，较多的弧斑可以使燃烧的稳定性增长。在一定的靶源电流范围内，薄膜厚度随靶源电流的升高而增长，通过对靶源电流大小的控制可以实现对薄膜制备厚度的控制。不过对于一定的靶材，增长靶源电流意味着靶材整体温度的升高，产生的液滴会随之增多，并且液滴的尺寸也会增大，这些液滴大大减少了涂层的多种性能。一般而言，用于装饰涂层时靶源电流应小些，而对刀具进行涂层时靶源电流可稍微大些。5.4基体负偏压基体负偏压是多弧离子镀