第四章-离子镀

离子镀的原理与作用过程
离子镀是一种利用离子束在材料表面形成薄膜的表面改性技术。

其主要原理是利用离子束中的带电粒子对目标材料表面进行轰击，从而形成薄膜。

其作用过程如下：
1. 原材料制备：首先，制备要被镀的原材料。

通常是将原材料制成片状或块状。

2. 清洗和准备：将原材料进行清洗，去除表面的杂质和油脂，确保表面光洁干净。

此外，还需在原材料表面植入金属离子，增强镀层与原材料的结合力。

3. 离子源生成：使用电子加速器产生高能离子束。

离子束的成分、能量和密度都会影响镀层的质量和性能。

4. 离子束轰击原材料：将原材料放置在真空室中，使其暴露在离子束中。

离子束轰击原材料表面，使表面原子被击出或扰动，形成表面原子的骚动，从而改变原材料的表面结构。

5. 薄膜形成：原材料表面上的金属离子与被轰击的表面原子反应，形成新的化合物或合金。

这些化合物或合金沉积在原材料表面上，逐渐形成薄膜。

薄膜的厚度和均匀性可通过离子束能量和轰击时间进行控制。

6. 薄膜清洗和处理：将得到的薄膜进行清洗和处理。

这一步旨在去除残余的杂质和改善薄膜的质量。

离子镀技术可以用于制备具有不同性质和功能的薄膜，如防腐蚀涂层、耐磨涂层、陶瓷涂层等。

离子镀薄膜具有良好的附着力、致密度高、硬度高、抗腐蚀性好等特点，可以改善材料表面的性能。

离子镀原理
离子镀原理是一种利用离子在电场作用下沉积到基体表面形成薄膜的过程。

离子镀可以用于在金属、非金属和有机物的表面上镀覆不同材料的薄膜。

离子镀的过程可以分为一下几个步骤：
首先，需要一个离子源，通常使用离子源设备产生离子束。

离子源可能是一个离子火花源、离子枪或者离子源发射器，它们可以产生高能离子束。

其次，离子束需要被加速并聚焦到基体表面。

为此，常使用离子加速器和聚焦设备来实现。

当离子束到达基体表面时，它们会和表面原子发生碰撞和相互作用。

这样，离子的动能会转移给表面原子，使其具有足够的能量跃迁到基体表面。

最后，表面原子沉积到基体上形成薄膜。

离子的撞击和能量转移使得表面变得活性，可以吸附和沉积额外的离子。

这个过程可以反复进行，直到薄膜达到所需的厚度。

离子镀的好处包括镀层的致密性和均匀性。

离子束可以使镀层更加致密，降低表面缺陷和孔隙的形成。

此外，离子束可以控制镀层的成分和晶体结构，从而改善薄膜的性能。

总的来说，离子镀利用离子在电场作用下沉积到基体表面形成
薄膜的原理。

通过控制离子束的能量和聚焦，可以实现高质量、均匀和致密的薄膜镀层。

真空镀膜中常用的方法有真空蒸发和离子溅射。

真空蒸发镀膜是在真空度不低于10-2Pa的环境中，用电阻加热或电子束和激光轰击等方法把要蒸发的材料加热到一定温度，使材料中分子或原子的热振动能量超过表面的束缚能，从而使大量分子或原子蒸发或升华，并直接沉淀在基片上形成薄膜。

离子溅射镀膜（多弧）是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下的高速运动轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子或分子逸出来而沉淀到被镀工件的表面，形成所需要的薄膜。

真空蒸发镀膜最常用的是电阻加热法，其优点是加热源的结构简单，造价低廉，操作方便；缺点是不适用于难熔金属和耐高温的介质材料。

电子束加热和激光加热则能克服电阻加热的缺点。

电子束加热上利用聚焦电子束直接对被轰击材料加热，电子束的动能变成热能，使材料蒸发。

激光加热是利用大功率的激光作为加热源，但由于大功率激光器的造价很高，目前只能在少数研究性实验室中使用。

(蒸发镀即电子枪，就是把要用的金属块如铬放到坩埚里面然后加热使其蒸发，与其中的N2，还有氩气等其他气体，一起吸附在阴极基材上。

温度380℃~420℃)溅射技术与真空蒸发技术有所不同。

“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子或分子从表面射出的现象。

射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。

用于轰击靶的溅射粒子可以是电子，离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速获得所需要动能，因此大都采用离子作为轰击粒子。

溅射过程建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。

不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同。

直流二极溅射利用的是直流辉光放电；三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电；射频溅射是利用射频辉光放电；磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。

溅射镀膜与真空蒸发镀膜相比，有许多优点。

如任何物质均可以溅射，尤其是高熔点，低蒸气压的元素和化合物；溅射膜与基板之间的附着性好；薄膜密度高；膜厚可控制和重复性好等。

缺点是设备比较复杂，需要高压装置。

离子镀碳膜离子镀碳膜是一种高质量、高性能的表面涂层技术，近年来得到了广泛的关注和应用。

在本文中，我们将介绍离子镀碳膜的制备方法、结构与性能，并讨论其在工业制造、材料科学等领域中的应用。

一、离子镀碳膜的制备方法离子镀碳膜是利用离子镀技术在金属或复合材料表面上形成一层碳膜，其制备方法主要包括磁控溅射、反应离子镀等。

其中，磁控溅射是当前最常见的离子镀方法，其制备过程如下：首先，将碳源与金属（或非金属）靶材置于真空腔室中，加入一定的惰性气体（如氩气），建立适当的真空度；然后，通过向靶材施加电场，使靶材表面的原子或离子被剥离出来；最后，这些离子在经过加速器加速之后，与基材表面碰撞并沉积形成薄膜。

二、离子镀碳膜的结构与性能离子镀碳膜的结构与性能是由其制备过程中的各种参数如离子能量、流强、电压等所决定的。

离子镀碳膜通常具有以下结构与性能：（1）结构特征：离子镀碳膜的结构以类似石墨的sp2键为主，其中碳原子有六面体结构，有较高的晶体度，膜厚一般在数纳米至数十纳米之间；（2）硬度：离子镀碳膜通常具有非常高的硬度，比普通金属表面的硬度高数倍，现有的最优性能离子镀碳膜硬度可达200-300GPa以上；（3）附着力：离子镀碳膜在基材上的附着力非常强，一般大于40N；（4）摩擦系数：离子镀碳膜具有比普通材料表面更低的摩擦系数（一般为0.1左右）。

三、离子镀碳膜的应用离子镀碳膜在汽车、电子、航空等工业制造领域中的应用非常广泛，主要包括以下方面：（1）汽车发动机：离子镀碳膜可以在发动机缸体、活塞等部件的表面形成一层保护性膜，提高其耐磨性、抗腐性和降低摩擦系数。

（2）电子器件：离子镀碳膜可用于半导体工业中的金属膜、介电膜和阻抗层等，具有较高的导电性和耐磨性。

（3）航空航天：离子镀碳膜可用于航空航天领域中的机身表面、发动机、螺旋桨等部件的防腐、降噪和确保飞行安全。

（4）医疗领域：离子镀碳膜有着良好的生物相容性和抗菌性，可用于人工关节、心脏支架等医疗器械的表面。

离子镀原理一、引言离子镀是一种先进的表面处理技术，其基本原理是将气体引入真空镀膜室内，通过气体放电和离子化过程，将气体或固体颗粒离子化，然后将这些离子沉积在基材表面形成薄膜。

与传统的镀膜技术相比，离子镀具有许多独特的优点，如沉积速率高、附着力强、薄膜质量好等。

因此，离子镀在许多领域得到了广泛的应用，如光学、电子、机械、化学等领域。

二、离子镀原理概述离子镀的基本原理主要包括气体放电和离子化过程、基材偏压和离子能量、薄膜沉积过程等几个方面。

1.气体放电和离子化过程气体放电和离子化过程是离子镀的关键环节之一。

在真空镀膜室内，通过辉光放电或弧光放电等方式，使引入的气体或固体颗粒发生电离，形成大量的正离子和负离子。

这些离子在电场的作用下加速向基材表面运动，从而实现沉积。

气体的放电和离子化过程可以通过各种不同的电源和控制方式来实现。

2.基材偏压和离子能量基材偏压和离子能量是影响离子镀的重要因素。

基材偏压是指基材表面相对于镀膜室电极的电位差，它可以影响离子的运动轨迹和能量。

通过调整基材偏压，可以控制离子的沉积速度、薄膜的质量和附着力等。

离子的能量则决定了其与基材表面原子的相互作用程度，从而影响薄膜的结构和性能。

离子的能量可以通过控制放电电压和电流来调节。

3.薄膜沉积过程薄膜沉积过程是离子镀的主要环节之一。

在气体放电和离子化的过程中，正离子和负离子在电场的作用下加速向基材表面运动，并与基材表面碰撞，将能量传递给基材表面的原子或分子，使其脱离基材表面并被蒸发或溅射。

这些被蒸发或溅射的原子或分子在基材表面重新凝结形成薄膜。

在沉积过程中，可以通过控制沉积速率、温度、气体流量等参数来优化薄膜的结构和性能。

三、离子镀的特点离子镀作为一种先进的表面处理技术，具有许多独特的优点。

其主要特点包括：1.沉积速率高：由于气体放电和离子化的过程中可以形成大量的离子，因此离子镀的沉积速率较高，可以大大缩短加工时间和降低生产成本。

2.附着力强：由于离子镀过程中基材表面被高能离子反复轰击和刻蚀，使其表面粗糙度增加，形成“锚定”效应，使得薄膜与基材的附着力更强。

离子镀原理
离子镀是一种常用的表面处理技术，通过在材料表面沉积一层薄膜来改善材料的性能。

离子镀的原理主要是利用离子轰击和沉积的过程，通过控制离子轰击的能量和角度，以及沉积材料的种类和厚度，来实现对材料表面性能的调控。

首先，离子镀的过程是通过将材料置于真空室中，利用离子束轰击材料表面，使其表面活性增强，然后在表面沉积一层薄膜。

在离子轰击的过程中，离子具有较高的能量，能够改变材料表面的晶体结构，提高表面的结合力和耐磨性。

同时，离子轰击还能清除表面的氧化物和杂质，使得沉积薄膜与基体结合更加牢固。

其次，离子镀的原理还涉及到沉积薄膜的过程。

在离子轰击后，通过引入沉积材料的离子或原子，使其在表面沉积形成薄膜。

沉积薄膜的种类和厚度可以根据具体的应用要求来选择，常见的有金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。

这些薄膜可以提高材料的导电性、光学性能、耐腐蚀性等，从而满足不同领域的需求。

离子镀的原理虽然简单，但是在实际应用中需要考虑很多因素。

首先是离子轰击的能量和角度的控制，这直接影响到表面的改性效果。

其次是沉积薄膜的选择和厚度的控制，这取决于具体的应用需求。

最后是离子镀的工艺参数的优化，包括真空度、离子束的密度和能量分布等，这些都会影响到最终薄膜的质量和性能。

总的来说，离子镀是一种非常有效的表面处理技术，可以在不改变材料体积的情况下，改善材料的性能。

通过合理的控制离子轰击和沉积过程，可以实现对材料表面性能的调控，从而满足不同领域的需求。

随着材料科学和工程技术的发展，离子镀技术将会得到更广泛的应用，并不断推动材料性能的提升和创新。

离子轰击在离子镀过程中的作用•一、离子轰击基片表面所产生的各种效果•1. 离子溅射对基片表面产生清洗作用•这一作用可清除基片表面上的污染层和氧化物。

如果轰击粒子能量高，化学活性大，则可与基片发生化学反应，其产物是易挥发或易溅射的，还可发生化学溅射从而会增加其溅射率。

•2. 产生缺陷作用•轰击粒子传递给晶格原子的能量决定于粒子的相对质量，若入射粒子传递给靶原子的能量超过离位阈（约25ev），则晶格原子就会产生离位并迁移到间隙位置中去，从而形成了空位和间隙原子等缺陷。

这些缺陷的凝聚会形成位错网络。

尽管有缺陷的凝聚，但在离子轰击的表面层区域仍然保留着级高残余浓度的点缺陷。

•3. 破坏表面结晶结构•如果离子轰击产生缺陷是充分稳定的，则表面的晶体结构会被破坏而变成非晶态结构。

同时，气体的掺入也会破坏表面结晶的结构。

•4. 改变表面形貌•无论对晶态基片还是非晶态基片，离子的轰击作用都会使表面形貌发生很大的变化，使表面粗糙度增加。

•5. 离子掺入•低能离子轰击会造成气体掺入表面和沉积膜之中。

不溶性气体的掺入能力决定于迁移率、捕集位置、温度以及沉积粒子的能量。

一般说来，非晶材料捕集气体的能力比晶体材料强。

当然，轰击加热作用也会引起捕集气体的释放。

•6. 温度升高•轰击粒子能量的大部分变成表面热。

•7. 表面成分变化•由于溅射作用去造成表面成分与整体材料成分的不同，表面区域的扩散会对成分产生明显的影响。

高缺陷浓度和高温会增强扩散。

点缺陷易于在表面富集，缺陷的流动会使溶质偏析并使较小的离子在表面富集。

二、离子轰击对膜基界面的影响•当膜材原子开始沉积时，离子轰击对基片和镀层交界面会产生如下几•点影响：•1. 物理混合•这一混合可使膜基界面形成“伪扩散层”。

这是由于离子镀膜的膜基界面存在基片元素和膜材元素的物理混合现象。

因为高能粒子注入，被溅射原子的被溅射以及表面原子的反冲注入都将引起近表面区的非扩散型的混合，这种混合效果将有利于形成“伪扩散层”界面。

离子镀方法嘿，咱今儿就来唠唠离子镀方法！离子镀啊，这可真是个神奇的玩意儿。

你想想看，就好像是给物体穿上了一层超级酷炫的“外衣”。

这层“外衣”可不一般，它能让物体变得更加耐用、更加漂亮。

离子镀就像是一个技艺高超的裁缝，精心地为各种材料量体裁衣。

它是怎么做到的呢？简单来说，就是利用离子的力量啦！离子就像是一群小小的精灵，在特定的环境下飞舞着，然后附着到物体表面。

这可不是随随便便就能完成的事儿哦，这里面的门道可多着呢！比如说，要控制好离子的能量和密度，就像厨师掌握火候一样重要。

能量太高了，可能会把物体给“烤坏”了；能量太低了呢，又达不到理想的效果。

这是不是跟炒菜很像呀？而且离子镀的种类也不少呢！有什么蒸发离子镀、溅射离子镀等等。

每种都有自己独特的魅力和用途。

蒸发离子镀就像是慢慢炖煮的汤，温和而细腻；溅射离子镀呢，则像是大火爆炒的菜，激烈而有力。

离子镀能让物体的表面性能得到极大的提升。

它可以让物体更加耐磨，就像给物体穿上了一双坚固的铁鞋，走在各种艰难的道路上都不怕。

它还能让物体更加耐腐蚀，就像是给物体涂上了一层厚厚的防晒霜，不怕风吹日晒雨淋。

再看看我们身边的很多东西，说不定就有离子镀的功劳呢！那些亮晶晶的首饰，它们的光芒也许就来自离子镀；那些高科技的电子产品，它们的耐用性也许就有离子镀的一份贡献。

离子镀的应用范围那可真是广泛得很呐！从小小的零件到大大的设备，从日常用品到高端科技，哪里都有它的身影。

这不就像是我们生活中的盐一样吗，虽然小小的，却无处不在，不可或缺。

离子镀的发展也是日新月异啊！科学家们不断地探索和创新，让离子镀的技术越来越先进，效果越来越好。

这不就是人类智慧的体现吗？我们总是在不断地追求更好、更完美。

所以说啊，离子镀方法可真是个了不起的东西。

它让我们的生活变得更加美好，让我们的世界变得更加精彩。

咱可得好好感谢那些研究离子镀的科学家们呀，是他们让这一切成为可能。

你说呢？难道不是吗？。

离子镀———TiN薄膜制备与应用一离子镀1 离子镀原理离子镀在抽真空条件下，充气体（Ar）使保持压力数Pa，在靶材上加数千伏负电压产生辉光放电使所镀金属蒸发，蒸汽受电子撞击产生部分电离，金属阳离子在电场作用下加速向工件表面运动，使物质离子对工件表面轰击作用的同时把蒸发物或其他反应物沉积在基体上。

离子镀是在镀膜的同时用载能离子轰击基体和镀层表面的技术，是在蒸发或溅射沉积基础上而不是独立的沉积方式。

离子镀的基本过程：蒸发→离子化→加速→还原沉积2 反应离子镀反应离子镀是在离子镀的基础上进行的。

在离子镀过程中，在真空室中导入与金属蒸气起反应的气体（如O2、N2、C2H2、CH4等代替Ar或将其掺在Ar 中），并用不同方式使金属蒸气和反应气体的分子、原子激活、离化，促进其中的化学反应，在工件表面获得化合物镀层。

3 真空蒸镀、真空溅射镀和离子镀的比较由下面的表1[1]可以得离子镀相对于真空蒸镀和真空溅射镀的比较1) 离子镀的镀膜条件是真空蒸镀和真空溅射镀条件的优点集合；2) 离子镀的镀膜密度高、没有气孔、附着性非常好,是其他两种镀膜方所不具备的；3) 离子镀是以工件为阴极,放置被镀金属的坩埚为阳极使工件与蒸发源之间形成等离子场,这样被镀金属离子在镀覆过程中有离子搅拌现象,使镀膜更加均匀沉积,获得更好的镀膜。

表14 离子镀是目前真空镀膜技术中最新、最先进的表面工程技术之一，它具有以下优点1) 入射粒子能量高，与基体的结合强度高，膜层致密，耐久性好，膜层硬度高（氮化钛膜显微硬度达HV2000以上），耐磨性好（用于刀具表面强化，寿命可提高3~10倍），耐蚀性好；2)与其他表面处理工艺结合使用效果更佳，如在A3钢基体上先镀制过渡层后再镀制氮钛膜，耐磨性和耐蚀性均大幅度提高；3)可镀基材广泛，可同时在不同金属材料的表面成膜，膜层的颜色均匀一致；4)成膜温度低（几乎可在常温下成薄膜），而膜层的热稳定性好（600℃时膜层不脱落，不起皮）；5)用多弧离子镀膜工艺镀制的氮钛膜对光的吸收率达90%以上，隐蔽性好，镀膜过程无环境污染，因此应用十分广泛。

真空离子镀部份代替电镀技术研究及国内外现状陈宝清大连理工大学材料科学与工程学院[摘要]介绍了真空离子镀部份代替电镀技术研究及国内外现状。

【关键词】真空离子镀；替代电镀；国内外现状序言电镀在我国三千年前商代就有热镀锡，战国时有烤蓝；国外1856年开始用铬酐溶液镀出铬膜－电镀铬，随着工业发展，电镀技术也有很大发展，应用到各个领域。

电镀是很成熟的表面工程技术。

在材料防腐方面有突出贡献。

离子镀是新型表面工程技术，20世纪六十年代才出现离子镀金技术应用到航天器，每分钟2万转的轴承固体润滑剂。

七十年代出现磁控溅射及电弧离子镀技术，离子镀才有大的发展，应用到刀具、模具超硬涂层，装饰镀膜，幕墙玻璃镀膜，光学镀膜，塑料镀膜等。

电镀与离子镀均是表面工程技术，是兄弟关系，应互相补充，各自发挥长处，互相促进。

目前在工业生产中已用到：电镀－离子镀复合工艺，化学镀－离子镀复合工艺，离子镀-电泳等工艺。

这些也是当前应用技术领域的一种复合技术。

更希望中国电镀协会和从事电镀工作者更多考虑和研究，推动离子镀技术在电镀领域中更多应用！我们要联合起来为保护环境和清洁生产多做贡献。

一、电镀、离子镀技术特点1. 电镀原理及特点电镀原理示意图如图1所示。

阴极(工件)：Me n+ +ne－Me0沉积在工件表面，还原反应阳极(金属)：Me - ne－Men+溶入电解液中，氧化反应我国电镀现状我国电镀工厂又多又分散，以中小型为主，加上近几年周边地区和国家又将电镀工厂相继迁移到大陆，虽然国家早有规定：不再批准建立电镀工厂，对现有电镀工厂加以整顿，但有些电镀工厂转入到农村，偷着干“电镀”，所以我国电镀行业对环境污染更为严重,中国电镀企业己达2万多家，每年向环境排放大量污染物，至少包括：固体废物五万吨，酸性气体三千万立方米；含重金属离子废水四亿吨。

电镀特点：(1 )、电镀在工业中应用已久，深入到各个领域。

设备简单，工艺容易操作。

（2）、耗费大量的水、电、金属等宝贵资源。