利用CVD(Chemical Vapor Deposition)法进行的表面皮膜合成具备如下特征。
1. 根据材料的熔点,可在较低温度下进行材料合成。例如,钨可在600℃的温度下析出。此外,α型氧化铝可在1000℃时析出、碳化硅可在1200℃时析出。
2. 析出物质的形态为单晶体、多晶体,也可能会以粉末、纤维、膜、零散状态析出。
3. 由于渗透性强,不仅能够在基材表面形成镀层,还能够对微米级缝隙的内侧以及细孔内表面、粉体进行涂层处理。此外,能够析出非渗透性的致密层,在化学测试以及显微镜观察中均可确认不存在针孔。
4. 由多种成分构成的陶瓷类,易于调整其组成成分。此外,可通过反应物质、合成条件控制析出层的细微组织。其他工艺方法无法获得这一效果。
5. 蒸镀速度快,易于得到厚膜。能够以数μm〜数100μm/min的速度实现mm级的厚度。
6. 工艺简单,所以设备费用低廉。可实现完全无公害的封闭系统。排气气体为单质,其他卤素气体具有水溶性,因此可通过水洗予以捕获。
另外,在进行处理时,还必须注意如下事项。
在模具上采用热CVD时,加工对象为工具钢,但是适用钢种的正确淬火温度必须高于CVD处理温度。
钢材中必然存在碳化物,温度700℃在以下时属于铁氧体温区,非常稳定,但是对于Ti类皮膜(TiN、TiC、TiCN),成膜温度在1000℃的奥氏体温区内,所以钢材中的碳化物会发生固溶,发生固溶的碳元素与导入气体之间的反应会更加活跃。因此,钢材中碳化物的种类及数量会对热CVD工艺下的成膜产生重大影响。
此外,长时间保持在1000℃左右的高温下,或是为了在成膜后进行淬火退火而再次加热等,会导致钢材中的碳化物聚集或脱碳,从而引发钢材脆化。