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高引燃脉冲新HiPIMS模式下薄膜摩擦系数可降低到0.25

-引言-

多层薄膜能显著改善复杂环境下部件的性能和寿命，为获得性能良好的膜层，研发团队提出了一种高引燃脉冲新HiPIMS放电技术。增加引燃脉冲的个数，强化了膜层的结合力，硬度以及摩擦磨损的性能。

-点睛-

采用了一种新型复合多脉冲高功率电源，脉冲电压由高电压、低脉宽激发瞬时大电流的引燃电压，以及低电压、高脉宽的维持放电的工作电压两部分组成。

-内容-

新型复合多脉冲高功率电源在引燃脉冲阶段高电压激发会使得靶前产生雪崩电离，靶电流迅速升高，真空炉内活性粒子数量急剧增加。引燃脉冲在脉冲周期中的个数对于放电模式以及薄膜质量有显著的影响。

引燃脉冲个数到四时，随着引燃脉冲数量的增多，薄膜的表面突起尺寸明显减小，晶粒得到细化，且晶粒形貌由山峰状变为棱锥状，分布趋于均匀，表面晶体更加致密。膜层排列更加紧密，大大降低膜层的粗糙度，降低摩擦因数。

HiPIMS

图1 引燃脉冲个数为4时对薄膜摩擦系数

电子和离子以较高能量沉积在基体表面，将结合力较弱的原子溅射剥离，显著改善薄膜的结合强度。基体表面的温度上升，提升了沉积时粒子的迁移能量，反应离子的化学活性也增加，有效促进了反应溅射的热力学进程，使得表面更加致密，也增加了硬度。

HiPIMS

图2 引燃脉冲个数对涂层硬度的影响

-结论-

（1）HiPIMS新模式使薄膜硬度上升。

（2）薄膜表面粗糙度、摩擦因数0.25、摩痕宽度下降。

（3）结合力增加，三和四引燃脉冲下结合力能达到HF1。

（4）膜层厚度在引燃脉冲个数为三时最大。

-参考文献-

[1]高凯晨,巩春志,徐啸尘等.高引燃脉冲新HiPIMS模式对TiN/CrN多层膜结构和性能的影响[J].中国表面工程,2022,35(05):145-154.

2023-05-29

2023-05-17