5-3 离子镀的转变及特点

**个提出的离子镀是直流（DC）放电方法，它使用通过向被处理材料（阴极）施加电压而产生的直流辉光放电。在该方法中，由于被处理物自身暴露于等离子体，所以在成膜时，被处理物的温度容易上升，并且由于成膜压力高，存在被膜粒子容易粗大化等问题。此外，由于离子化效率低，反应性离子电镀很困难，而且无法形成工具用的硬膜。此后，为了改善这些，开发了各种离子镀，如图1所示，到1970年代，可以形成碳化物和氮化物。

高频激发法（RF法）俗称RF（Radio Frequency）法，它通过高频振动（频率：13.56MHz）促进离子化，其特点是被加工材料的温升小。工业上用于生产金属薄膜和各种复合薄膜，以达到装饰和赋予功能的目的。

活化反应沉积法（ARE法）俗称ARE（Activated Reactive Evaporation）法，通过直接置于蒸发源上方的环形、板状或网状探针电极促进离子化。与RF方法一样，成膜过程中的温升小，因此可以在塑料材料等低熔点材料上成膜。

空心阴极放电法（HCD法）俗称HCD（Hollow Cathode Discharge）法，蒸发源的加热和电离是基于氩（Ar）气体的空心阴极放电产生的电子束。其特点是不需要ARE法、RF法等特殊的电离促进手段，生产率优异，因此被广泛应用于包括切削工具在内的各种产品中。

RF法、ARE法和HCD法将被蒸发材料在水冷坩埚中加热使其蒸发，而电弧蒸发法是以电弧为目标直接蒸发的蒸发源。因此，如果可以制造靶材，就可以支持广泛的膜类型，例如易于形成合金膜和复合膜，并且还易于内联，这对扩展做出了很大贡献离子电镀应用的增加。

如上所述，离子镀的成膜方法有很多，但用于形成工具耐磨膜的成膜方法是HCD法或电弧蒸发法。**个工业化的方法是 HCD 方法，它仍然用于生产钛基硬膜，主要是 TiN，主要用于工具。自电弧蒸发法发展以来，TiAlN膜、CrAlN膜等膜的种类多样化，需求量不断增加。

但是，如图2所示，在电弧蒸镀法形成的薄膜表面容易飞散液滴（也称为大颗粒），因此从成膜面的粗糙度的角度考虑采用其他方法。会比这更不利。另外，如图3所示，通过电弧蒸镀法生成的CrN膜的截面结构，在OM图像中的多处观察到液滴，通过SEM放大的膜截面图，水滴是块状的。你可以看到它是通过包裹它产生的。换言之，该液滴确认了它是由成膜过程中未反应的Cr飞散而产生的，它附着在被处理材料上，随后CrN沉积在其上。另外，由于该液滴容易脱落，滴痕呈火山口状，因此在润滑环境中使用时，可以期待润滑剂的滞留。