TiCN Coating Dựa Trên Phun Ống chân không Ion

Các phương pháp chuẩn bị của lớp phủ TiCN

Từ năm 1985, Knotke xuất bản lần đầu tiên nghiên cứu về công nghệ phủ TiCN, người ta quan tâm đến khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và tính ứng dụng tốt, và cho đến nay đã phát triển nhiều công nghệ vapordosition. Hiện tại, có ba phương pháp chuẩn bị lớp phủ TiCN, đó là phương pháp mạ spatter magnetron, phương pháp phún xạ tần số vô tuyến và phương pháp mạ ion đa đường, trong đó phương pháp mạ ion magnetron sputter và phương pháp mạ nhiều cung là phổ biến nhất sử dụng và chi phí thấp.

Mạ điện tử Magnetron.

Kỹ thuật tán xạ Magnetron đã được phát triển vào đầu những năm 1970 khi công nghệ và nghiên cứu sâu rộng đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp hóa điện, quang học và năng lượng, cơ khí công nghiệp ... và trở thành một trong những công thức được sử dụng rộng rãi nhất của TiCN phương pháp phim. Trong quá trình phủ, các ion Ti được tạo ra bằng cách sử dụng các ion Ar tạo ra bởi sự phóng ra của khí Ar để phóng ra mục tiêu Ti, và bằng sự gia tốc tĩnh điện bay tới phần làm việc và do đó lắng đọng film. Phương pháp này có tỷ lệ lắng đọng cao, độ dày màng đồng nhất, và mạ ion có thể cải thiện khả năng kết hợp của lớp phủ và bề mặt giao diện và làm cho tổ chức bộ phim dày đặc. Đồng thời, những điểm yếu dễ bị ô nhiễm, và tỉ lệ lắng đọng thấp trong quá trình phủ là điểm yếu chính yếu của nó. Nó đã được tìm thấy, khi áp suất carbon và nitơ gia tăng, tỷ lệ lắng đọng sẽ chậm lại.

Mạ ion nhiều lớp.

Mạ nhiều lớp ion ion dựa trên phương pháp mạ ion được cải tiến, được phát triển đầu tiên bởi Liên Xô, vào đầu những năm 1980, lần đầu tiên được thực hiện bởi Multi-Arc Hoa Kỳ. Nguyên tắc cơ bản là lấy nguồn mục tiêu kim loại làm cực âm, thải ra bằng vòng cung giữa vỏ anode và làm bay hơi mục tiêu và ion hóa, hình thành plasma không gian, và sau đó phủ lớp phủ lên mặt cắt. So với các công nghệ màng khác, lợi thế là cực âm tạo ra plasma trực tiếp, và mục tiêu catốt có thể được sắp xếp một cách tùy tiện, làm đơn giản hóa rất nhiều vật cố định. Ngoài ra, năng lượng hạt nhiều thành phần hồ quang cao, tỷ lệ ion hóa có thể đạt từ 60% ~ 80%, mật độ màng cao, sức bền và độ bền tốt, giao diện của phim và ma trận dễ tạo ra sự khuếch tán nguyên tử và độ bám dính của phim tốt.

Kỹ thuật mạ kẽm chân không sử dụng điện từ trường plasma để lọc, có thể làm giảm hoặc loại bỏ các hạt lớn. So với lớp sơn mạ ion hồ quang thông thường, hạt vĩ mô không có tạp chất, đồng nhất, cấu trúc dày và có thể đáp ứng được yêu cầu của quang học, bộ phim vi điện tử. Cũng có một số nhược điểm đối với nguồn hồ quang đã được lọc, nghĩa là đường kính chùm nhỏ, thường nhỏ hơn 200nm, và rất khó hình thành mảng nguồn đa cung, làm cho việc sản xuất hàng loạt diện tích lớn không thể đạt được, và việc truyền hiệu quả không cao, hiệu quả truyền tải tối đa của cấu trúc uốn xấp xỉ khoảng 30%, dòng ion hiện tại chỉ có 2% đến 3% dòng hồ quang.

Ảnh hưởng của dòng khí vào cấu trúc lớp phủ

Thay đổi áp lực N ₂ (dòng chảy) sẽ làm mật độ nitơ thán khí và sự thay đổi năng lượng, tác động đến việc kết hợp với nguyên tử kim loại, làm cho sự thay đổi tăng trưởng được ưu tiên thay đổi, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất lớp phủ. Người kiểm tra lại thấy rằng trong điều kiện áp suất tổng cộng 0.8Pa và dòng chảy Ar 20sccm, khi dòng nitơ nhỏ hơn 6sccm, xu hướng ưa thích là (111), khi dòng nitơ lớn hơn 6sccm, (111) cường độ đỉnh giảm và (200 ) cường độ đỉnh tăng, chủ yếu bởi vì trong cấu trúc của fcc-TiCN, (111) năng lượng mặt phẳng là thấp, dưới các nguyên tử lưu lượng nitơ thấp đang di chuyển đến máy bay (111), với sự gia tăng lưu lượng nitơ, tỷ lệ di chuyển nguyên tử giảm, nhưng (200) bề mặt tinh thể với năng lượng bề mặt cao có mật độ bước cao, và khoảng cách khuếch tán ra khỏi các điểm lưới năng lượng thấp là ngắn, lợi ích cho sự tăng trưởng tinh thể được ưu tiên dọc theo bề mặt tinh thể (200). Các nhà nghiên cứu thấy rằng khi dòng nitơ là 1sccm, các mẫu thu được là cấu trúc vô định hình, khi dòng nitơ lớn hơn 2 cm, có cấu trúc cột trong màng, ranh giới hạt, khi dòng nitơ tăng lên tới 6 cm, bộ phim trở nên dày đặc, và tương ứng với cấu trúc vi lượng của đẳng hướng và sàng lọc hạt, chủ yếu là sự gia tăng lưu lượng nitơ, tốc độ di chuyển nguyên tử giảm, bề mặt màng thay đổi tiềm năng hóa học địa phương. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi dòng nitơ gia tăng, hạt có trong màng ít hơn, bề mặt trở nên dày đặc và mịn, độ nhám giảm dần cho đến khi không đổi.

Bây giờ nguồn carbon được sử dụng bởi các nhà nghiên cứu chuẩn bị TiCN chủ yếu là khí C ₂ H ₂ hoặc CH ₄ , vì TiN và TiC là cấu trúc khối lượng trung tâm đối với NaCl, bán kính của nguyên tử N và nguyên tử C rất gần, N là 0.071nm, C là 0.077nm, hai loại này có thể được thay thế bằng nhau để tạo thành một vật liệu một pha TiC (N) hoặc TiN (C). Trong điều kiện nhất định, có thể có cấu trúc hai giai đoạn xuất hiện. Trong phổ nhiễu xạ XRD, các đỉnh của chúng rất gần, và thậm chí có sự chồng chéo lên nhau, kết quả phân tích giai đoạn phức tạp, do đó, nó thường được viết là TiCxN1-x.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phủ TiCN

Nhiệt độ

Chất lượng lớp phủ TiCN chủ yếu chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố quá trình như thành phần, nhiệt độ và khí quyển. Nhiệt độ ma trận khác nhau sẽ làm cho kích thước hạt, hình dạng, cấu trúc của hạt hoàn toàn khác nhau. Nhiệt độ lắng đọng quá cao và tỉ lệ lắng đọng quá nhanh sẽ làm cho tinh thể tráng cho thấy sự phân nhánh dày, ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ; nhiệt độ lắng tụ quá thấp, nó có xu hướng tạo thành các trầm tích xốp, xốp, ảnh hưởng đến độ bền liên kết của lớp phủ và ma trận. Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ hợp lý là điều kiện cần thiết để đạt được lớp phủ chất lượng cao. Mc.Cormell vv .. phủ lớp phủ TiCN bằng thép không rỉ bằng phương pháp PVD, bao gồm độ cứng, độ bền mối hàn và hệ số ma sát sẽ không thay đổi khi nhiệt độ dưới 250 ℃. Sau 450 ℃ xử lý nhiệt cho các mẫu, hệ số ma sát của lớp phủ TiCN là 0,2 trước 250 ℃ và 0,3 ở 250 ℃, nhưng vẫn thấp hơn hệ số ma sát của TiN, bởi vì trong lớp phủ TiCN C đóng vai trò bôi trơn. Các nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ dưới 200 ° C, hệ số ma sát và tỷ lệ mài mòn của lớp phủ TiCN tăng lên khi nhiệt độ tăng lên.

Sai lệch xung

Sự tồn tại của thiên lệch xung đóng một vai trò rất quan trọng để giảm các giọt và cải thiện chất lượng phủ. Sự thiên vị tiêu cực thu hút miếng hàn điện tích cực có thể làm cho các ion titan gần mục tiêu catốt đẩy nhanh bay, tăng cơ hội va chạm với ni tơ trong plasma và giọt, đồng thời tăng cường độ liên kết của titan và nitơ. Nếu duy trì áp lực chân không không đổi, dòng nitơ sẽ tăng theo xu hướng âm cực ngày càng gia tăng, nhưng hàm lượng nitơ trong màng giảm với sự gia tăng của độ âm. Điều này chủ yếu là khả năng liên kết Ti-Ti mạnh hơn Ti-N, và với sự gia tăng của thiên vị tiêu cực, khả năng xáo trộn lại của titanium mạnh hơn nitơ. Ngoài ra, với sự gia tăng thiên vị hạt plasma làm cho các hạt năng lượng bay vào sự thay đổi ma trận, ảnh hưởng đến cấu trúc tổ chức của bộ phim.

Arc hiện tại

Được xem xét từ quan điểm của ứng dụng sản xuất công nghiệp, việc tăng dòng hồ quang có thể cải thiện năng suất, độ cứng và mài mòn của màng. Tăng dòng hồ quang, làm tăng nhiệt độ tăng lên, các giọt tương ứng sẽ tăng lên, và kích thước của giọt sẽ tăng lên.

Việc tăng các giọt và kích cỡ giọt chắc chắn sẽ dẫn đến sự suy giảm khả năng chống ăn mòn của màng, đặc biệt là các giọt nhỏ đường kính lớn, với khoảng 1/3 chôn trong màng theo chiều cao và các lỗ nhỏ bất thường ở đáy. Khi gặp các chất ăn mòn như acid và kiềm vv, những lỗ này làm hỏng đầu tiên và hình thành các lỗ hình kim, do đó, sự tồn tại của chúng là lý do chính khiến độ bền chống ăn mòn của lớp phủ giảm. Do đó, trong ứng dụng thực tế, để điều phối mâu thuẫn giữa dòng chảy hồ quang và giọt, có thể sử dụng một số cách tối ưu hóa, chẳng hạn như tăng vùng bốc hơi của mục tiêu, tăng cường hiệu quả làm mát của mục tiêu hoặc thiết kế nguồn cung hồ quang mới có thể ức chế sản xuất giọt.