Powłoka TiCN na bazie próżniowego pokrycia jonowego

Metody przygotowywania powłoki TiCN

Od 1985 roku After Knotke opublikował pierwsze badania na temat technologii powlekania TiCN. Ludzie wyrazili duże zainteresowanie jego doskonałą odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach i dobrą wydajnością aplikacji, a do tej pory opracowali różnorodną technologię fizycznego parowania. Obecnie istnieją trzy metody przygotowania powłoki TiCN: metoda jonowego rozpylania magnetronowego, metoda napylania o częstotliwościach radiowych oraz metoda galwanizacji wielo-łukowej, w której metoda pokrywania jonami magnetronowymi i metoda galwanizacji wielo-łukowej są najszerzej stosowane używane i tanie.

Magnetronowe rozpylanie jonowe.

Technika rozpylania magnetronowego została opracowana na początku lat 70. XX w., Jako pogłębienie technologii i badań, została szeroko zastosowana w dziedzinie industrializacji w przemyśle elektrycznym, optycznym, filmowym i energetycznym, przemyśle mechanicznym itp. I stała się jednym z najczęściej stosowanych preparatów TiCN metody filmowe. W procesie powlekania jony Ti są generowane przy użyciu jonów ar wytworzonych przez wyładowanie jarzeniowe gazu Ar w celu zbombardowania celu Ti, a przyspieszenie elektrostatyczne leci do przedmiotu obrabianego, a tym samym filmu osadzającego. Ta metoda charakteryzuje się wysoką szybkością osadzania, jednolitą grubością powłoki, a powlekanie jonowe może polepszyć zdolność łączenia powłoki i interfejsu substratu i sprawić, że folia będzie gęstsza. Jednocześnie główną wadą są cele podatne na zanieczyszczenie i niska szybkość osadzania w procesie powlekania. Stwierdzono, że gdy wzrasta ciśnienie cząstkowe węgla i azotu, szybkość osadzania się spowalnia.

Powłoki wielo-łukowe.

Powłoki wielo-łukowe należą do ulepszonej metody powlekania jonami, opracowanej po raz pierwszy przez Sowietów we wczesnych latach 80. XX wieku, po raz pierwszy w praktyce amerykańskiej Multi-Arc. Podstawową zasadą jest pobranie metalowego źródła celu jako katody, wyładowanie łukiem między skorupą anodową i wykonanie docelowego parowania i jonizacji, tworzenie plazmy kosmicznej, a następnie osadzanie powłoki na obrabianym przedmiocie. W porównaniu z innymi technologiami membranowymi zaletą jest to, że katoda wytwarza plazmę bezpośrednio, a cel katody może być dowolnie ułożony, co znacznie upraszcza próbkę. Ponadto, energia cząstek padających z wielu łuków jest wysoka, szybkość jonizacji może osiągnąć 60% ~ 80%, gęstość membrany jest wysoka, wytrzymałość i trwałość są dobre, interfejs folii i matrycy jest łatwy do wytworzenia dyfuzji atomowej a przyczepność filmu jest dobra.

Technika powlekania jonami próżniowymi wykorzystuje do filtrowania pole elektromagnetyczne plazmy, które może skutecznie zredukować lub wyeliminować duże cząstki. W porównaniu z konwencjonalną powłoką jonowo-łukową, makroskopijne łukowe powłoki łukowe nie są zanieczyszczeniami, jednorodną, ​​gęstą strukturą i są w stanie sprostać wymaganiom optyki, folii mikroelektronicznej. Istnieją również pewne niedogodności dla źródła łuku filtrowanego, to znaczy, że średnica wiązki jest mała, zwykle mniejsza niż 200 nm, i trudna do utworzenia wieloramkowa matryca źródłowa, powodująca niemożność osiągnięcia masowej produkcji dużego obszaru i transmisję wydajność nie jest wysoka, maksymalna sprawność transmisji struktura zginania około 30%, prąd jonowy tylko 2% do 3% prądu łuku.

Wpływ przepływu gazu na strukturę powłoki

Zmiana ciśnienia parcjalnego N2 (przepływu) spowoduje rozpylanie gęstości jonów azotu i zmianę energii, wpływając na połączenie z atomem metalu, powodując zmianę preferowanej orientacji wzrostu, wpływając w ten sposób na wydajność powlekania. Reserachers stwierdził, że pod warunkiem całkowitego ciśnienia 0,8 Pa i przepływu Ar 20 sccm, gdy przepływ azotu jest mniejszy niż 6sccm, preferowaną orientacją jest (111), gdy przepływ azotu jest większy niż 6 cm3, (111) szczytowa intensywność maleje, i (200 ) intensywność piku wzrasta, głównie dlatego, że w strukturze fcc-TiCN, (111) płaszczyzna energii powierzchniowej jest niska, przy niskich przepływach azotu atomy to migracja do płaszczyzny (111), przy wzroście przepływu azotu, szybkość migracji atomowej maleje, ale (200) powierzchnia kryształu o wysokiej energii powierzchniowej ma dużą gęstość stopniową, a odległość dyfuzji od punktów sieci niskiego napięcia jest mała, korzystaj z preferencyjnego wzrostu kryształu wzdłuż (200) powierzchni kryształu. Reseracherzy stwierdzili, że gdy przepływ azotu wynosi 1 cm3, otrzymane próbki są strukturą amorficzną, gdy przepływ azotu jest większy niż 2 cm3, w folii znajduje się struktura kolumnowa, granica ziarna istnieje, gdy przepływ azotu wzrasta do 6 cm3, folia staje się gęsta i odpowiednio preferuje mikrostrukturę izotropową i rozdrobnienie ziarna, głównie w miarę wzrostu przepływu azotu, szybkość migracji atomowej jest zmniejszona, powierzchnia membrany zmienia się w lokalnym potencjale chemicznym. Naukowcy odkryli, że wraz ze wzrostem przepływu azotu ziarno zgromadzone w filmie jest mniejsze, powierzchnia staje się gęsta i gładka, a chropowatość stopniowo maleje, aż do uzyskania stałej wartości.

Teraz źródłem węgla używanym przez naukowców do przygotowania TiCN jest głównie gaz C ₂ H ₂ lub CH ₄ , ponieważ TiN i TiC są strukturą sześcienną skoncentrowaną na powierzchni NaCl, promień atomu N i atom C jest bardzo blisko, N wynosi 0,071 nm, C oznacza 0,077 nm, dwa mogą być wzajemnie zastępowane z wytworzeniem jednofazowego materiału TiC (N) lub TiN (C). Pod pewnymi warunkami może pojawić się struktura dwufazowa. W widmie dyfrakcyjnym XRD ich wierzchołki są bardzo bliskie, a nawet zachodzą na siebie, co powoduje złożoność analizy fazowej, więc jest powszechnie zapisywane jako TiCxN1-x.

Czynniki wpływające na wydajność powłoki TiCN

Temperatura

Jakość powłoki TiCN zależy głównie od czynników procesowych, takich jak skład, temperatura i atmosfera. Różna temperatura matrycy spowoduje, że wielkość, kształt i struktura powłoki będą zupełnie inne. Zbyt wysoka temperatura osadzania i zbyt szybkie osadzanie spowodują, że pokryty kryształ będzie miał grubą rozgałęzioną powłokę, co będzie miało wpływ na jakość powłoki; temperatura osadzania jest zbyt niska, ma skłonność do tworzenia porowatych, luźnych osadów, wpływających na wytrzymałość wiązania powłoki i matrycy. Dlatego rozsądny wybór temperatury jest koniecznym warunkiem uzyskania wysokiej jakości powłoki. Mc.Cormell itd. Złożył powłokę TiCN na stali nierdzewnej metodą PVD, w tym, że jej twardość, siła wiązania i współczynnik tarcia nie zmienią się, gdy temperatura spadnie poniżej 250 ℃. Po obróbce cieplnej 450 ℃ do próbek, współczynnik tarcia powłoki TiCN wynosi 0,2 przed 250 ℃, a do 0,3 przy 250 ℃, ale nadal niższy od współczynnika tarcia TiN, ponieważ w powłoce TiCN C pełni rolę smaru. Badania pokazują, że gdy temperatura jest niższa niż 200 ° C, współczynnik tarcia i szybkości zużycia powłoki TiCN wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Pulsujące odchylenie

Istnienie pulsacyjnego odchylenia odgrywa bardzo ważną rolę w zmniejszaniu kropelek i poprawianiu jakości powłoki. Negatywne polaryzacje przyciągające element rozpylania z ładunkiem dodatnim mogą sprawić, że jony tytanu w pobliżu celu katody przyspieszą muchę, zwiększą szansę na kolizję z azotem w osoczu i kropelce, a jednocześnie zwiększą siłę wiązania tytanu i azotu. Jeśli utrzymuje się stałe ciśnienie podciśnienia, przepływ azotu wzrasta wraz ze wzrostem odchylenia ujemnego, ale zawartość azotu w folii zmniejsza się wraz ze wzrostem ujemnego odchylenia. Jest to głównie zdolność wiązania Ti-Ti jest silniejsza niż Ti-N, a wraz ze wzrostem negatywnego odchylenia, zdolność do ponownego napylania tytanu jest silniejsza niż azot. Ponadto, wraz ze wzrostem napięcia, cząstki plazmy sprawiają, że cząstki energii latają do zmiany matrycy, wpływając na strukturę organizacyjną filmu.

Prąd łuku

Rozpatrywane z punktu widzenia przemysłowego zastosowania produkcyjnego, zwiększający się prąd łuku może poprawić wydajność i twardość powłoki oraz odporność na zużycie. Zwiększenie prądu łuku oznacza, że ​​docelowa ogólna temperatura wzrasta, odpowiednie kropelki będą wzrastać, a rozmiar kropelki również wzrośnie.

Zwiększenie kropelek i wielkości kropel nieuchronnie doprowadzi do spadku odporności na korozję folii, zwłaszcza kropel o dużej średnicy, z około 1/3 zakopanej w folii w kierunku wysokości i nieregularnych małych otworów u dołu. W przypadku napotkania żrących substancji, takich jak kwas i zasady itp., Otwory te najpierw ulegają uszkodzeniu i tworzą otwory w kształcie igieł, dlatego ich istnienie jest głównym powodem zmniejszenia odporności powłoki na korozję. Dlatego w praktycznym zastosowaniu do koordynacji sprzeczności między rosnącym prądem łuku a kropelką można zastosować pewne zoptymalizowane sposoby, takie jak zwiększenie obszaru parowania celu, wzmocnienie efektu chłodzenia celu lub zaprojektowanie nowego źródła łuku, które może hamować wytwarzanie kropelek.