离子辅助电子束蒸镀制备凹印版材耐磨层的研究
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摘要
针对凹版电镀镀铬存在的污染和氢脆问题,本课题采用离子辅助电子束蒸镀
    技术,以金属铬为原料,在镍、铜等凹版材料表面制备了硬铬耐磨层。研究了设
    备和工艺对膜层制备与性能的影响;采用光学金相显微镜、扫描电子显微镜
    (SEM)、原子力显微镜(AFM)、显微硬度计、表面轮廓仪、划痕仪等对样品的表
    面形貌、断面结构、表面粗糙度、硬度、附着牢度等进行了研究,并同电镀镀铬
    样品作了对比分析。
     研究结果表明:
     1. 通过优化设备与工艺,用离子辅助电子束蒸镀方法制备凹版硬铬耐磨层
    是可行的。铬膜层的硬度可以达到甚至超过电镀镀层;表面粗糙度基本相当;优
    化工艺条件下的附着力可以达到电镀水平。
     2. 离子束的清洗和辅助效应,在膜制备过程中起到至关重要的作用。没有
    离子束参与时,很难得到附着良好的膜层。基体预处理、过渡层、电子枪工作参
    数等工艺因素,都对膜的生长过程、微观结构和最终性能产生影响。
     3. 膜表面的微观形貌呈颗粒状排布,颗粒尺寸 50~250nm,不同工艺条件
    下的颗粒尺寸大小和排列方式有所区别。离子辅助的膜表面,颗粒更细小,排列
    更紧密,这有助于提高膜的性能。
     4. 样品断面的 SEM 上可观察到膜、基之间的界面或过渡层。过渡层的厚度
    100~200nm;离子辅助样品的界面出现轻微扩散,可以增强膜的性能。
     5. 膜层的微裂纹、孔洞、杂质、晶界空隙等,是降低膜层性能的主要因素。
    可以通过设备与工艺条件的优化来减少这些缺陷。
Hard chromium wear-resistant coatings on the intaglio plate materials
    were deposited by means of ion assisted electron beam physical vapor
    deposition (IA-EBPVD), so as to solve the problems of polluting and
    hydrogen-embrittlement from the electroplating. The influences by equipments
    and technologies on the coatings’ depositing & performance are presented.
    The morphologies and mechanical properties (Hardness, Roughness and
    Adhesion etc.) were studied using optical metallographic microscopy, scanning
    electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), micro-hardness
    tester, profile meter, and scratch tester. Some results were analyzed and
    compared with those of the electroplated coatings.
     The results show that:
     1. It is feasible to obtain Cr wear-resistant coatings on intaglio plate by
    IA-EBPVD with optimized equipments and technologies. The hardness can
    reach or even surpass that of the electroplated one. The roughness of the
    surface is almost the same as the latter. The adhesion can reach that of the
    electroplated due to the introduction of the optimized process.
     2. The ion bombardment is of primary importance during the deposition.
    It’s difficult to obtain perfect adhesive coatings without ion bombardment.
    Other technologic factors, such as substrate-pretreating, interlayer and
    operating parameters of the electron gun, can influence the coatings’ growth,
    microstructure and mechanical properties.
     3. Grains with the size of 50~250nm are observed by AFM on the
    surface. The size and arrangement of the grain on different coatings which
    were deposited via different process are different. The grains are much finer in
    size and much compact in arrangement as the result of ion bombardment,
    which is useful to improve the performance of the coatings.
     4. Interlayer or interface between the coating and substrate can be
     II
    
    
    observed on the sectional view by SEM. The thickness of the interlayer is
    about 100~200nm. Ion bombardment can result in slight diffusion between
    the interfaces, resulting in improvement of the performance of the coatings.
     5. There are some micro-gaps, micro-holes and impurities in the
    coatings, which is the primary reason of degrading the performance of the
    coatings. The flaws can be reduced with optimized equipments and
    technologies.
引文
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