真空镀膜研究室

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发布日期:   发布人:孙悦   浏览量:100
INTRODUCTION
部门简介

广东省新材料研究所真空镀膜研究室是国内最早从事真空镀膜技术研究开发的技术团队之一,已有三十多年的技术积淀。以物理气相沉积(磁控溅射、阴极电弧和蒸发镀等)和化学气相沉积(热丝、射流和阳极型离子源等)技术及其应用为主要研究方向,在机械功能薄膜、高温防护涂层、耐蚀薄膜和光电功能薄膜等领域取得了丰硕的成果。

真空镀膜技术团队以周克崧院士和代明江教授级高工为学科带头人。研究室现有固定人员15人,其中博士10人(高级职称3人),硕士2人,科研辅助3人;研究生12人,其中博士生2人,硕士生10人。形成了以学科带头人核心,以青年研发人员为中坚力量,思想活跃、积极向上,既能承担国家重大科研任务,也为企事业单位提供技术服务的研发团队。

研究室现有包括电弧离子镀、磁控溅射、热丝CVD和多功能复合等真空镀膜工艺装备十余台(套)。其中,从荷兰引进的1套功能薄膜沉积装备(Hauzer Flexicoat 850)和从奥地利引进的1套热丝CVD金刚石涂层沉积装备(CarbonCompetence Diamond 4.0),装备综合性能均处国际先进水平;此外,拥有多台(套)具有自主知识产权的定制型国产装备,其中依托多功能(磁控溅射+阳极型离子源+电弧)离子镀膜装备所研发的类金刚石碳基薄膜制备工艺配套该装备出口至意大利等国家;该成果获得了广东省科学技术奖(技术发明类)二等奖和中国有色金属工业科学技术奖一等奖。

研究室在薄膜设计及制备方面做了大量的工作,主要研究方向有:1)耐磨减摩自润滑薄膜(DLC、MoS2和 WS2等 ),2)硬质及超硬耐磨薄膜(TiN、CrN、TiAlN、AlCrN、TiAlSiN、CrTiAlN和金刚石等),3)抗冲蚀涂层(Ti-TiN-Zr-ZrN、Cr-CrN-Cr-CrAlN),4)耐蚀薄膜(Al),5)高温防护涂层(MCrAlY、NiAl和SiC-MoSi2),6)光电功能薄膜(AZO、WO3),7)金属表面渗层改性技术(离子渗、固体渗),8)氧化物纳米阵列功能薄膜。

经过多年的努力,已建成真空镀膜装备先进齐全,薄膜工艺开发经验丰富,并拥有一支高水平研究开发队伍的先进薄膜研发创新基地。

EQUIPMENT
工艺装备

ACHIEVEMENT
成果展示

1. 类金刚石膜工程化制备技术及应用

本研究团队开发出离子源复合磁控溅射、真空阴极电弧等一系列真空镀膜技术制备类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)碳基减摩耐磨薄膜,并成功应用于航空航天、机械制造、汽车/摩托车、船舶、工模具和医疗器械等领域的精密部件,显著提高了使用寿命和产品质量。相关技术成果获得包括广东省科技进步二等奖和中国有色金属工业科学技术奖一等奖等在内的8项科技奖。

2. 高效高精高强度机械加工涂层刀具开发与产业化

本研究团队针对高效高速高精加工领域,牵头联合广东省刀具制造上下游企业和研发机构的力量,开发了多种多元自润滑涂层,设计并制造出十多款复杂结构的高效高精高速钢、硬质合金和金刚石刀具,性能和寿命达到甚至超过国外同类先进刀具水平,突破技术瓶颈并取代进口,创造了显著的经济和社会效益,相关技术成果获中国有色金属工业协会科技进步一等奖。

3. 离子辅助复合真空镀铝耐腐蚀涂层技术及其应用

本研究团队自主开发设计的离子辅助热蒸发复合磁控溅射镀膜装置,将离子辅助、磁控溅射和热蒸发镀三种技术有机结合,可高速、低成本地制备出耐腐蚀性能好和膜/基结合牢固的耐腐蚀铝涂层并实现工件全方位覆盖。该技术是一种有望替代电镀技术的环境友好型防腐涂层制备方法,可避免钕铁硼磁性材料湿法镀铝时电解质溶液残留问题,还可广泛应用于航空结构件、紧固件、起落架部件、海洋工程装备等。该装备及涂层制备工艺均获得中国授权发明专利。

4. 多元多层微纳米结构抗冲刷耐腐蚀涂层及其应用

本研究团队采用多靶位电弧离子镀技术开发出一系列的软硬交替多元多层(如Ti-TiN-Zr-ZrN、Ti-TiN、Cr-CrN、Cr-CrN-Cr-CrAlN)微纳结构抗冲刷耐腐蚀涂层,厚度可实现2~40µm可调。该涂层采用金属/氮化物软硬交替多层结构,并通过引入界面协调应变降低内应力,突破普通耐磨涂层无法兼顾厚度、膜基结合强度和强韧性的技术瓶颈,具备优良的抗冲刷耐腐蚀性能。该涂层已满足某航空发动机压气机叶片的抗冲刷耐腐蚀防护需求,也可用于工况较苛刻的工模具和关键部件(如发动机用活塞环)的表面强化,可以大幅度地提高零部件的使用寿命。

5. 真空镀高温防护涂层

本研究团队利用电磁驱动电弧离子镀技术,克服一般阴极电弧对于含有磁性材料的MCrAlY靶不易稳弧及靶材利用率低的技术瓶颈,制备出厚度在20~60µm范围的MCrAlY高温防护涂层。该涂层具有与基体结合良好、表面光洁致密(无需光饰后处理),抗高温氧化和燃气热腐蚀性能满足设计要求,已实现在航空发动机涡轮叶片的应用。利用磁控溅射技术在C-C复合材料表面沉积SiC-MoSi2多层膜,厚度可达100µm以上,对C/C复材力学性能影响小,室温到 1500℃抗氧化性好,适合于C/C基复合材料精密部件的表面防护。

6. 光电功能薄膜

本研究团队针对光电功能薄膜领域,开展全固态无机电致变色功能薄膜研究及器件搭建。依托多功能真空镀膜装备开发的光电功能薄膜(WO3、NiO、ITO、AZO)透过率高、电阻率低、着色效率高、循环性能好。开发的全固态电致变色器件一体化制备技术,可缩短工艺流程,为电致变色器件在幕墙玻璃、平板显示、汽车后视镜等领域的推广应用提供坚实的基础。

7. 金属表面渗层改性技术(离子渗、固体渗)

本研究团队依托等离子体辉光放电技术可实现在钛合金和各种可渗氮钢(包括不锈钢)表面离子渗N(C),依托包埋渗技术可实现在轴承钢渗金属(Cr、V)。金属表面渗层改性后具有表面硬度高、硬度梯度好,耐磨、耐腐蚀性能优等优点,渗层厚度最高可至几百微米。该技术适合于负载较大和表面受冲击的部件表面改性,已实现在航空航天、海洋工程装备、医疗器械等领域关重件的应用。

8. 氧化物纳米阵列功能薄膜

本研究团队利用溅射沉积、热氧化和热蒸发等技术,成功在Cu片、Si基、泡沫Ni和碳布上获得了CuO纳米线/棒阵列和基于CuO的多相纳米结构。一维氧化物纳米结构独特的物理和化学性质使其具有在柔性锂离子电池负极、气敏传感器、场致发射显示器阴极、室温纳米电子器件、非易失存储器、超疏水表面等微/纳米器件中应用的潜力。

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