Màng Chromium Và Phim Nitride Chromium
Jan 05, 2018| Phim Chromium
Các lớp phủ cứng crôm đã được sử dụng trong một thời gian dài và có thể được sử dụng để tăng khả năng chống ăn mòn và ăn mòn của các dụng cụ và các thành phần máy móc, ví dụ như vòng bi piston, bình thủy lực và khuôn. Màng crôm rất mỏng thường được sử dụng cho mục đích trang trí trong ngành công nghiệp ô tô hoặc đồ trang trí nội thất. Một loại ứng dụng khác của crom là mặt nạ chrome-on-glass để photolithography trong ngành công nghiệp vi điện tử. Phương pháp lắng đọng truyền thống cho Cr là mạ crom, một phương pháp điện phân ướt. Tuy nhiên phương pháp này sử dụng crôm hexavalent là chất gây ung thư và do đó cần thiết phải thay thế bằng các phương pháp lắng đọng thân thiện với môi trường và sức khỏe, ví dụ như phương pháp PVD. Các hạt Crut CrN và CrC cũng bốc hơi Cr, CrN và CrC, nhưng cũng có thể là các lớp phủ tự do không chứa crom như cacbon giống như kim cương (DLC), được xem như là chất thay thế cho lớp phủ crom cứng bằng electroplated trong các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn.
Sự phun trào của crôm khá chậm. Trong các lớp phủ đa lớp phủ cr / crN và cr / cr 2 N, các lớp crom đã bị đùn bằng một magnetron φ150 mm với tốc độ 10 μm / h (≈170 nm / phút) lên các chất nền thép bi -20V tại một dòng đích 4 A (≈ 23 mA / cm 2).
Sự phát triển của kết cấu trong RF sputtered Cr phim được thảo luận trong một tác phẩm của Feng et al. nơi mà một mô hình dựa trên sự giảm thiểu của bề mặt và năng lượng mặt trong được đề xuất. Mô hình đã được thử nghiệm trong các chất lắng Cr trên nền chất thủy tinh ở các điều kiện khác nhau. Các bộ phim luôn có kết cấu Cr (110) khi lắng đọng trên nền thủy tinh ở nhiệt độ phòng, nhưng khi được làm nóng trước tới 250 ° C thì cấu trúc (110) hoặc (002) được xác định bởi lượng năng lượng lắng đọng từ các ion Ar hoặc các nguyên tử Cr. Sự định hướng ưa thích Cr (110) được ưa chuộng bằng cách bắn phá bề mặt thủy tinh. Kiểm soát hướng ưa thích là rất quan trọng, ví dụ như khi các màng Cr được sử dụng như một lớp dưới cho các màng từ coban, nơi mà kết cấu Cr (200) là mong muốn.
Màng nitrua Chromium
Phim Nitrô Chromium có đặc tính ăn mòn và mài mòn tuyệt vời và độ ổn định nhiệt cao. Có thể đặt màng dày (vài 10 μm) CrN nhờ cấu trúc hạt mịn và cấu tạo áp suất thấp. Thực tế này cùng với CrN ít giòn hơn TiN, nhưng vẫn khá cứng, làm cho CrN thích hợp hơn để bảo vệ bề mặt ở các bề mặt tương đối mềm như hợp kim nhôm và thép không gỉ. Độ bám dính vào thép thường tốt nhưng nó có thể được tăng cường bởi một lớp Cr trung gian. Các hỗn hợp crôm crôm lượng tử hoặc gần stoichiometric có các cấu tạo NaCl. Với hàm lượng nitơ thấp, các pha lục giác Cr 2 N khó hơn có thể xuất hiện. Chromium là một kim loại ít phản ứng hơn titan và điều này có hệ quả đối với PVD phản ứng. Nitơ cần thiết để tạo thành các màng CrN có độ pha loãng cao hơn so với dung dịch TiO. Các tính chất điển hình của lớp phủ thương mại là độ cứng của 1750 HV và độ ổn định nhiệt lên đến 700 ° C.
Sự ổn định nhiệt độ cao làm cho lớp phủ CrN rất thích hợp cho việc bảo vệ mòn và ăn mòn trong quá trình làm việc ở nhiệt độ cao, ví dụ như trong quá trình đúc khuôn dưới áp suất. Ví dụ về các thành phần tráng CrN là các khuôn nhựa, khuôn đùn, dụng cụ gia công và gia công kim loại lạnh như Cu và Ti.
Các phương pháp lắng đọng thông thường cho màng CrN là sự khuếch đại magnetron phản ứng và sự bốc hơi hồ quang. Các magnetron magnetron DC đã được sử dụng để điều tra một tác động của định hướng ưa thích về tính chất cơ học của lớp phủ CrN. Hai lớp phủ được tạo ra với áp suất tổng cộng là 0,27 Pa (2 mTorr), dòng điện mục tiêu là 2,5 A, lưu lượng N 2 được điều khiển bởi OEM và ở các điện áp thiên vị DC khác nhau a) 70 V và b) 120 V. Tỷ lệ lắng đọng ~ 18 và ~ 28 nm / phút tương ứng. Các phim kết quả là a) CrN với hướng ưa thích của (200), cấu trúc cột và độ cứng 2300 HV và b) Cr 2 N với hướng ưa thích của (111), cấu trúc dày đặc và độ cứng cao hơn một chút (2400 HV) nhưng với độ bám dính yếu hơn với chất nền thép (SKD11).
Sự lắng đọng tỷ lệ CrN x cao bởi sự khuếch đại magnetron DC với một xung sai DC xung được nghiên cứu bởi Nam et al. Các bộ phim được phát tán với mật độ điện năng mục tiêu là 13 W / cm2 ở áp lực argon không đổi là 0,24 Pa (1,8 mTorr) và dòng nitơ dao động từ 0 đến 45 sccm và điện áp lệch khác nhau. Điều này làm cho nó có thể kiểm soát cấu trúc vi mô và thành phần pha của phim CrN x . Tỉ lệ lắng đọng tối đa là 210 nm / phút đối với Cr 2 N (89% tỷ lệ lắng đọng Cr nguyên chất) và độ cứng tối đa là 2250 kg / mm 2 (Knoop) cho pha trộn CrN + Cr. Nhóm nghiên cứu cũng đã nghiên cứu các đặc tính của màng CrN x được lắng đọng ở các tỷ lệ lắng khác nhau. Trong nghiên cứu này, họ sử dụng điện áp lệch không đổi là -100V và áp suất argon không đổi là 0.2 Pa (1.5 mTorr) và sử dụng các mật độ công suất đích 5, 10, và 13.2 W / cm 2 và lưu lượng nitơ dao động từ 0 đến 160 sccm. Họ kết luận rằng tỷ lệ lắng đọng của CrN tăng tuyến tính với mật độ công suất đích (tối đa 430nm / phút ở 13,2 W / cm2) và căng thẳng của phim đã được thay đổi từ căng thẳng đến nén với tỷ lệ lắng đọng ngày càng tăng. Hơn nữa độ cứng cao nhất và độ bám dính tốt nhất đã được tìm thấy đối với màng này lắng đọng ở mật độ công suất mục tiêu cao nhất do áp suất nén cao và tính di động cao.
Các dụng cụ bằng cacbua phủ các màng Cr x N y bằng phương pháp phún xạ magnetron RF đã được thử nghiệm trong gia công gỗ. Đối với phân tích cấu trúc và hóa học các lớp màng được lắng đọng trên nền Si. Các lắng đọng được thực hiện với công suất RF 450 W và 650 W và áp suất khác nhau từ 0,1 đến 1 Pa Thời gian lắng đọng được chọn từ 15 đến 80 phút với tỷ lệ lắng đọng tối đa là 4.4 μm / h (73 nm / phút) đối với Cr 2 N. Các bộ phim Cr 2 N có cấu trúc cột trong khi phim CrN dường như không có tính đặc trưng với độ cứng tối đa là 2100 HV. Phim Cr 2 N đã được phát hiện thấy khó hơn nhưng ít tuân thủ hơn các phim CrN.
Một máy khuếch đại magnetron RF cũng được sử dụng để nghiên cứu các màng CrN x lắng đọng trong phạm vi áp suất một phần của nitơ rộng 0,005-30 Pa trong đó các tính chất hóa học và cơ học được phân tích. Công suất đích được giữ không đổi ở 300 W (mật độ công suất mục tiêu là 6,8 W / cm 2 ) và áp suất hạt Ar một phần tại 0.3 Pa Stoichiometric Cr 2 N đã thu được đối với áp suất Nitơ giữa 0.02 và 0.04 Pa và một Cr Cr được thu được cho 0,3 Pa, trong khi đối với các áp suất khác, các pha CrN và Cr 2 N được trộn lẫn. Kết luận là hàm lượng nitơ trong màng CrN x có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi áp lực hạt nhân, nhưng không phụ thuộc vào tỷ lệ lắng đọng và cấu trúc vi mô. Các phim Cr 2 N rất cứng (27,1 GPa) và cứng (E = 348 GPa), một pha CrN gần như cứng như Cr 2 N nhưng đàn hồi (E = 300 GPa) và tỉ lệ lắng đọng thấp hơn.
Cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của màng nitrua crôm lắng đọng trên nền thép tốc độ cao bằng cách bốc hơi hồ quang phản ứng được nghiên cứu bởi Odén et al. Các màng dày 10 μm được lắng đọng trong 220 phút ở áp suất một phần của ni-tơ là 8 Pa và các độ âm khác nhau từ 20 đến 400 V. Các cấu trúc vi mô của màng dày đặc và cột, hướng ưa thích là CrN (220) và CrN (220) hệ số kết cấu tăng lên với sự gia tăng tiêu cực thiên vị lên đến 200V. Đã đạt được độ nano tối đa 29 GPa cho độ lệch bề mặt là -100 V.
Các lớp phủ CrN cho một ứng dụng chuyên dụng, dụng cụ cắt cho gia công bằng đồng, được sản xuất bằng cách mạ ion cung cathode. Các màng này được lắng đọng ở áp lực Nitơ 4 Pa và các độ âm khác nhau, 0 - 200 V. Định hướng ưa thích là CrN (111) và cấu trúc vi mô dày đặc và cột. Kích thước hạt giảm với sự thiên vị ngày càng tăng và độ cứng vi Vickers cực đại đã đạt được cho một sự thiên vị của 100 V cũng như áp suất nén dư tối đa. Các bài kiểm tra hiệu suất cắt chỉ ra rằng độ cứng của màng và áp suất dư không thể được coi là thước đo hiệu suất trong quá trình xay xát đồng.
