Вивчення методів та властивостей тонких плівок Тіална, отриманих методом магнетронного розпилення середньочастотної частоти

Використання нерівноважної технології іонного розпилення магнетроном розпилення для отримання тонкої плівки TiAlN на цементній карбідній підкладці YG6. XRD, EDS, стереомікроскоп, тест на мікротвердість та багатофункціональний тест на поверхні властивості використовувались для вивчення структури та властивостей композитів. Результати показують, що коли цільова потужність низька, шар плівки існує у формі TiN та TiC. Пріоритетна орієнтаційна поверхня (111) та мікротвердість TiN пов'язані з напругою зміщення. Коли цільова потужність висока, плівка в основному містить Ti3AlN та AlN фази. Фаза Ti3AlN переважно орієнтована вздовж площини (220), структура плівки щільна і рівномірна, а відношення атомів N до атомів металів близьке до 1: 1, товщина плівки становить 1,93 мкм, мікротвердість становить 3145HV і сила зв'язку 85N.

З розвитком матеріалознавства застосування тонкоплівкових матеріалів стало все більш і більш широким. Плівка TiAlN - це новий тип багатоэлементного тонкопленочного плівкового матеріалу, який успішно розроблений в останні роки. Він має чудові властивості, такі як висока твердість, висока температура окиснення, хороша термічна стійкість, сильна адгезія, низький коефіцієнт тертя, низька теплопровідність тощо. Широко використовується в інструментальній промисловості, особливо для ефективного різання різноманітних важко машинних матеріали Також очікується, що TiAlN частково або повністю замінить TiN покриття. У цій роботі тонкі плівки TiAlN були одержані на твердому сплаві YG6 методом магнетронного розпилення середньої частоти. Фазову структуру, морфологію поверхні та руйнування, склад та основні властивості тонких плівок вимірювали за допомогою XRD, SEM, EDS, стерео мікроскопа, тестування мікрошарсткості та тестування на подряпини ..

1. Тестові матеріали та методи

1.1. Тестові матеріали

YG6 цементований карбід вибирається як зразок підкладки, чиста Ti-ціль та Al-метал (чистота 99,99%) використовуються як катодні цілі. Робочий газ - аргон (чистота> 99,999%), а реакційний газ - азот (чистота> 99,999%).

Феєрна структура плівки аналізується за допомогою рентгенівського дифракційного аналізатора DX-1000, поверхня плівки спостерігається за допомогою скануючого дзеркала S-3400N, твердість плівки тестується випробувальником цифрових мікротвердості HVS-1000, а плівка Встановлена сила зв'язування плівки випробовується на тестувальнику поверхневої поверхні матеріалу MFT-4000.

1.2. Підготовка плівок TiAlN

Зразки субстрату очищають ультразвуковою машиною для видалення змащення, пилу та оксидних плівок, а потім сушать після дегідратування спиртом. Накачування вакууму до 6,7 × 10-3 Па та нагрівання до 500 ° С. Потім починайте робити покриття після очищення підкладки іонами аргону високого тиску 1000 В. По-перше, вкладіть шар переходу TiN. Далі, депонування та підготовка плівки TiAlN з парціальним тиском азоту становить 0,3 × 10-1 Па. У таблиці 1 показані параметри процесу осадження для отримання тонких плівок TiAlN.

Таблиця 1. Параметри осадження плівки TiAlN

2. Висновок

Тонка плівка TiAlN була успішно підготовлена на цементній карбідній підкладці методом магнетронного розпилення середньочастотним спектром, а також аналіз його фазової структури, морфології та основних властивостей. Висновки є наступними:

(1) Результати аналізу XRD показують, що плівка в основному існує у формі TiN та TiC при низькій потужності цільової мішені, а оптимальною площиною орієнтації TiN є (111). Фаза TiC обумовлена частковою заміною атомів С в субстраті для атомів N в TiN. Плівковий шар в основному існує у формі Ti3AlN та AlN при високій потужності цільової цілі Al, фаза Ti3AlN переважно орієнтована вздовж площини кристала (220), фаза AlN переважно орієнтована вздовж (002) кристалічної площини, а піки дві фази мають різні ступені розширення та зрушення. Це пояснюється головним чином спотворенням решітки, що обумовлено частковою заміною атомів Al у AiN атомами Ti.

(2) Результати аналізу морфологічного розлому показують, що плівка щільно зв'язана з субстратом, структура плівки щільна і рівномірна, і є чіткий інтерфейс з фазою матриці. Оскільки потужність мішені Al збільшується, кількість частинок та енергія розпилення збільшується, збільшується швидкість осадження, збільшується товщина плівки, а товщина плівки досягає 1,93 мкм.

(3) Результати аналізу складу поверхні ЕДС показують, що при збільшенні потужності мішені Аль, збільшується кристалічність плівки, зміст Al в плівковій шарі зростає, а вміст Ti зменшується. Основним компонентом плівкового шару є нітрид металу, відношення якого атоми N до атомів металів близькі до 1: 1.

(4) Мікротвердість випробування показало, що при низькій потужності цільової мішені мікротвердість плівки збільшується спочатку, а потім зменшується з збільшенням негативного зміщення субстрату, а мікротвердість досягає 2391 Вт. При високій потужності цільової мішені мікротвердість плівки може досягати 3145 НВ, що обумовлено, в основному, спотворенням решітки, викликаною утворенням твердої фази Ti3AlN та атомів Ti, що заміщають атоми А1 в AlN. Зв'язок силовий тест показує, що сила зв'язування може досягати 85 Н, оскільки утворення твердої фази шару перехідного шару TiN і Ti3AlN, а також застосування накладеної на постійній основі імпульсної технології зміщення, поліпшують зерно та зменшують напруження ламінування плівки, щоб поліпшити мембрану - заснована обов'язкова сила.