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在铜基底上镀制Ni/Cr复合膜的设备与工艺研究

作　者: 郭赛南
导　师: 张世伟
学　校: 东北大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: Ni/Cr膜黄铜基体磁控溅射多弧离子镀磁场分析
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

长期以来,我国的水暖元件表面镀Ni/Cr装饰膜系的工艺一直采用电镀技术。年产量很大,产品远销国外。但是电镀具有无法消除的致命缺点,“三废”污染严重,毒性太大,严重影响着我国的环境,对人们的健康也带来了极大的威胁。在此情况下,开发电镀技术的替代工艺,即以一种无污染的工艺技术,进行水暖件产品表面装饰膜的镀制,就显得十分必要和迫切。而采用真空技术镀装饰膜,就可以做到无污染生产,达到环境保护的目的。在本文合作单位原有的Ni、Cr薄膜真空实验工艺研究的工作基础上,将各种镀装饰膜的真空方法进行比较后,采用磁控-多弧复合工艺沉积Ni／Cr薄膜,改装了一台磁控-多弧复合镀膜机,进行实验。通过对膜层性能的检测分析,对工艺参数进行了优化,取得了比较理想的实验结果。本文完成的主要工作包括：1.改装了一台磁控-多弧复合镀膜设备。将原有的设备进行改装,在真空室的靶位上分别安装磁控镍靶和多弧铬靶,可在一个真空室中实现镍／铬连镀,即在一个镀膜周期内成膜,方便快捷无污染。2.设计了新型的磁控溅射靶。因为Ni属于铁磁性材料,磁导率大,有严重的磁屏蔽现象,靶面磁场太弱,无法溅射。针对这一现象,本文利用FEMM磁场分析软件,对磁控镍靶的磁场进行了模拟分析,并通过添加侧磁环,增加了靶面的磁场,使磁控溅射得以正常进行。3.利用磁控-多弧复合镀膜设备,研究了靶基距、负偏压、气压、温度、电流对磁控方法制备Ni膜层的影响,进行了在黄铜基底磁控镀Ni薄膜的工艺开发。并采用已有的多弧离子镀铬工艺在Ni膜上镀Cr,实现了两个工艺的匹配。4.对所镀膜层进行检测分析。利用金相显微镜和SEM扫描电镜对膜层表面形貌进行了观察；利用X射线衍射仪(XRD)对表面膜层的相结构进行了分析；利用盐水喷雾试验机对薄膜耐腐蚀性进行了检测；同时也检测了膜层表面的粗糙度等。结果表明,使用磁控方法镀的Ni膜光泽度好,表面细腻光滑。多弧镀铬后,虽粗糙度略有增加,但是可以达到装饰膜的要求。而且,通过盐水喷雾试验发现,该复合工艺镀的Ni/Cr装饰膜即使在膜层很薄的情况下,也有着优良的耐腐蚀性,耐腐蚀性达到137小时,超过了电镀Ni/Cr的样品和电弧镀TiN的样品。该实验工艺基本达到了要求。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-24
  1.1 课题的来源与目的  12
  1.2 本研究的意义  12-16
    1.2.1 电镀行业的发展概况  12-13
    1.2.2 镍/铬体系防护装饰膜电镀生产中的污染问题  13-15
    1.2.3 真空工艺代替电镀的意义  15-16
  1.3 国内外研究现状及进展  16-22
    1.3.1 镀制装饰膜的常用真空方法  17-20
    1.3.2 真空方法制备镍、铬薄膜的研究现状  20
    1.3.3 真空方法代替电镀的研究进展  20-22
  1.4 研究思路与主要内容  22-24
    1.4.1 工作基础与研究思路  22
    1.4.2 本文主要研究内容  22-24
第二章实验设备与靶的优化设计  24-46
  2.1 实验设备  24-28
  2.2 平面磁控溅射镀镍的研究现状  28-31
    2.2.1 平面磁控溅射基本原理  28-29
    2.2.2 磁控溅射镍靶存在的问题  29-31
    2.2.3 制作磁控溅射镍靶材的常用方法  31
  2.3 靶面磁场的模拟计算  31-38
    2.3.1 有限单元法的基本原理及分析步骤  31-33
    2.3.2 利用磁场计算软件FEMM求解  33-38
      2.3.2.1 FEMM软件介绍  33-35
      2.3.2.2 磁控靶样本的建立  35-38
  2.4 靶结构的优化设计  38-44
    2.4.1 侧磁环对水平磁场的影响  38-42
    2.4.2 各参量尺寸对水平磁场的影响  42-43
    2.4.3 磁控靶的设计与研制  43-44
  2.5 本章小结  44-46
第三章镍薄膜的制备和检测分析  46-69
  3.1 磁控溅射基本原理  46-49
    3.1.1 磁控溅射技术  46-47
    3.1.2 主要工艺参数  47-49
  3.2 实验流程  49-51
    3.2.1 实验材料的选择  49-50
    3.2.2 基片预处理  50
    3.2.3 制备Ni膜的实验步骤  50-51
  3.3 样品制备与分析  51-68
    3.3.1 实验的初步探索与分析  51-53
    3.3.2 实验的正交设计  53-55
    3.3.3 测试与分析  55-68
      3.3.3.1 表面颜色与粗糙度  55-58
      3.3.3.2 金相显微分析  58-59
      3.3.3.3 SEM扫描电子显微镜和X射线能谱仪(EDS)  59-64
      3.3.3.4 XRD分析  64-67
      3.3.3.5 膜基结合力分析  67-68
  3.4 本章小结  68-69
第四章铬薄膜的制备与检测分析  69-83
  4.1 多弧离子镀技术的概述  69-72
    4.1.1 离子镀技术的发展现状  69-70
    4.1.2 多弧离子镀技术  70
    4.1.3 主要工艺参数  70-72
  4.2 多弧离子镀技术镀铬工艺  72
  4.3 实验流程  72-73
  4.4 实验结果检测与分析  73-81
    4.4.1 表面颜色与粗糙度  73
    4.4.2 金相显微分析  73-74
    4.4.3 SEM扫描电子显微镜和X射线能谱仪(EDS)  74-76
    4.4.4 XRD分析  76-77
    4.4.5 盐雾试验  77-81
    4.4.6 膜基结合力测定  81
  4.5 本章小结  81-83
第五章结论与展望  83-85
  5.1 结论  83-84
  5.2 展望  84-85
参考文献  85-89
致谢  89

在铜基底上镀制Ni/Cr复合膜的设备与工艺研究

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