Nghiên cứu phương pháp và tính chất của màng mỏng Tialn được thực hiện bởi công nghệ phún xạ tần số trung bình Magnetron

Sử dụng công nghệ mạ ion khuếch tán magnetron không cân bằng để tạo màng mỏng TiAlN trên bề mặt bê tông cacbua YG6. XRD, EDS, máy soi nổi, máy đo độ cứng microhardness, và bộ kiểm tra đặc tính bề mặt đa chức năng được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu tổng hợp. Kết quả cho thấy khi năng lượng mục tiêu thấp, lớp màng tồn tại dưới dạng TiN và TiC. Bề mặt định hướng ưu tiên (111) và microhardness của TiN có liên quan đến điện áp phân cực. Khi công suất mục tiêu cao, bộ phim chủ yếu chứa các pha Ti3AlN và AlN. Pha Ti3AlN được định hướng ưu tiên dọc theo mặt phẳng (220), cấu trúc màng dày đặc và đồng nhất, và tỷ lệ N nguyên tử với nguyên tử kim loại gần bằng 1: 1, độ dày của màng là 1,93 μm, độ cứng micro là 3145HV và lực liên kết là 85N.

Với sự phát triển của khoa học vật liệu, việc áp dụng vật liệu màng mỏng ngày càng trở nên rộng hơn. Phim TiAlN là một loại vật liệu phủ màng mỏng đa yếu tố mới đã được phát triển thành công trong những năm gần đây. Nó có tính chất tuyệt vời như độ cứng cao, nhiệt độ oxy hóa cao, độ ổn định nhiệt tốt, độ bám dính mạnh, hệ số ma sát thấp, độ dẫn nhiệt thấp, vv được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dụng cụ, đặc biệt để cắt hiệu quả các loại máy khó nguyên vật liệu. Ngoài ra, TiAlN dự kiến sẽ thay thế một phần hoặc hoàn toàn lớp phủ TiN. Trong bài báo này, các màng mỏng TiAlN được chuẩn bị trên hợp kim cứng YG6 bằng công nghệ phún xạ magnetron tần số trung bình. Cấu trúc pha, hình thái bề mặt và gãy xương, thành phần và tính chất chính của màng mỏng được đo bằng XRD, SEM, EDS, kính hiển vi âm thanh nổi, thiết bị kiểm tra độ cứng và đầu đo ..

1. Tài liệu và phương pháp thử nghiệm

1.1. Tài liệu kiểm tra

Xi măng cacbua YG6 được chọn làm mẫu nền, mục tiêu Ti tinh khiết và mục tiêu Al (độ tinh khiết là 99,99%) được sử dụng làm mục tiêu catốt. Khí làm việc là argon (độ tinh khiết> 99,999%), và khí phản ứng là nitơ (độ tinh khiết> 99,999%).

Cấu trúc pha của màng được phân tích bằng máy phân tích nhiễu xạ tia X DX-1000, bề mặt của màng được quan sát bằng máy quét S-3400N, độ cứng của màng được thử bằng máy đo độ cứng kỹ thuật số HVS-1000 và phim lực liên kết dựa trên bộ phim được kiểm tra bằng máy đo hiệu suất bề mặt vật liệu MFT-4000.

1.2. Chuẩn bị phim TiAlN

Các mẫu nền được làm sạch trong một máy siêu âm để loại bỏ màng mỡ, bụi và ôxít, sau đó sấy khô sau khi khử nước bằng cồn. Bơm chân không đến 6,7 × 10-3 Pa và gia nhiệt đến 500 ° C. Sau đó bắt đầu tạo lớp phủ sau khi làm sạch bề mặt bằng ion argon áp suất cao 1000 V. Thứ nhất, gửi một lớp chuyển tiếp TiN. Tiếp theo, tiền gửi và chuẩn bị một màng TiAlN với áp suất nitơ một phần là 0,3 × 10-1 Pa Bảng 1 cho thấy các thông số quá trình lắng đọng để tạo màng mỏng TiAlN.

Bảng 1. Các thông số lắng đọng của màng TiAlN

2. Kết luận

Màng mỏng TiAlN đã được chuẩn bị thành công trên bề mặt bê tông cacbua bằng công nghệ phún xạ magnetron tần số trung bình, và cấu trúc pha, hình thái và các tính chất chính của nó được phân tích. Các kết luận như sau:

(1) Kết quả phân tích XRD cho thấy màng chủ yếu tồn tại ở dạng TiN và TiC ở công suất mục tiêu Al thấp và mặt phẳng định hướng ưu tiên của TiN là (111). Pha TiC là do sự thay thế một phần của các nguyên tử C trong chất nền cho N nguyên tử trong TiN. Lớp màng chủ yếu tồn tại dưới dạng Ti3AlN và AlN dưới công suất Al cao, pha Ti3AlN được định hướng ưu tiên dọc theo mặt phẳng tinh thể (220), pha AlN được định hướng ưu tiên dọc theo mặt phẳng tinh thể (002) và các đỉnh của hai giai đoạn có các mức độ mở rộng và thay đổi khác nhau. Điều này chủ yếu là do sự biến dạng mạng gây ra bởi sự thay thế một phần của các nguyên tử Al trong AiN bởi các nguyên tử Ti.

(2) Kết quả phân tích hình thái gãy xương cho thấy màng được liên kết chặt chẽ với đế, cấu trúc màng dày đặc và đồng nhất, và có một giao diện rõ ràng với pha ma trận. Khi năng lượng mục tiêu Al tăng lên, số lượng hạt và năng lượng phún xạ tăng lên, do đó tốc độ lắng đọng tăng lên, độ dày của màng tăng lên và độ dày màng có thể đạt 1,93 μm.

(3) Kết quả phân tích thành phần bề mặt EDS cho thấy với sự gia tăng sức mạnh của mục tiêu Al, độ kết tinh của màng tăng lên, hàm lượng Al trong lớp phim tăng lên trong khi hàm lượng Ti giảm. Thành phần chính của lớp phim là một nitrit kim loại có tỷ lệ N nguyên tử với các nguyên tử kim loại gần bằng 1: 1.

(4) Thử nghiệm microhardness cho thấy ở mức năng lượng mục tiêu Al thấp, độ nhỏ của màng tăng lên trước và sau đó giảm với sự gia tăng độ lệch âm của bề mặt, và độ vi mô đạt 2391 HV. Ở cường độ Al cao, độ cứng của màng có thể đạt 3145 HV, chủ yếu là do sự biến dạng mạng gây ra bởi sự hình thành pha cứng Ti3AlN và các nguyên tử Ti thay thế các nguyên tử Al trong AlN. Thử nghiệm lực liên kết cho thấy lực liên kết có thể đạt tới 85 N, bởi vì sự hình thành pha cứng của lớp chuyển tiếp TiN và Ti3AlN, và ứng dụng công nghệ thiên vị xung chồng lên nhau của DC giúp tinh chỉnh hạt và giảm ứng suất cán màng để cải thiện màng dựa trên lực ràng buộc.