TiCN Coating на основі вакуумного дугового іонного нанесення

Методи приготування TiCN-покриття

З 1985 року, коли Нонток вперше опублікував дослідження щодо технології нанесення TiCN, компанія "Люди" виразила великий інтерес до її відмінної високотемпературної стійкості до окислення та високій продуктивності прикладу, і до сих пір розробила різноманітну технологію вібропокладання. В даний час існує три способи одержання TiCN-покриття, що є методом магнетронного розпилення іонним покриттям, методом радіочастотного напилення та методом багатокамерного іонного покриття, в якому методом магнетронного розпилення іонного покриття та методом багатоканального іонного покриття найбільш широко використовується і невисока вартість.

Магнетронне напилення іонізацією.

Технологія магнетронного розпилення була розроблена на початку 1970-х років, як поглиблення технологій та досліджень, широко використовувалося в галузі індустріалізації електричної, оптичної плівки та енергії, механічної промисловості тощо і стала однією з найбільш широко використовуваних препаратів TiCN плівкові методи. У процесі покриття іони Ті утворюються за допомогою використання іонів Аі, генерованих газовим спалюванням газів, для бомбардування мішені Ti, а при електростатичному прискоренні літають до робочої частини і, таким чином, осаджують плівку. Цей метод має високу швидкість осадження, рівномірність товщини плівки, а іонізація може поліпшити комбінаційну здатність інтерфейсу покриття та підкладки і зробити плівкову організацію гучною. У той же час основними слабкими властивостями є цілі, сприйнятливі до забруднення, і низький рівень осадження в процесі покриття. Встановлено, що при парціальному тиску вуглецю та азоту збільшується швидкість осадження.

Мульти дугові іонізації.

Багатоканальне іонне наплавлення належить до вдосконаленого методу іонного покриття, який вперше був розроблений Радами на початку 80-х років, першим практичним у США Multi-Arc. Основний принцип полягає в тому, що джерелом металевого джерела є катод, що розряджається дугою між оболонкою анода, забезпечує випаровування та іонізацію цілей, утворюючи космічну плазму, а потім наносять покриття на робочу деталь. У порівнянні з іншими мембранними технологіями перевага полягає в тому, що катод безпосередньо виробляє плазму, а катодна мішень може бути довільно розташована, що значно спрощує пристрій зразка. Крім того, енергія частинок з багатошаровим падінням висока, швидкість іонізації може досягати 60% ~ 80%, щільність мембрани висока, міцність і довговічність хороші, інтерфейс плівки та матриці легко виробляти атомну дифузію і адгезія плівок добре.

Застосування методу вакуумного дугового іонного покриття використовує плазмове електромагнітне поле для фільтрації, що дозволяє ефективно зменшувати або усунути великі частки. У порівнянні з традиційним покриттям з іонного дугового покриття, макрочастинка з фільтровим дуговим покриттям, що мається на дузі, не має домішок, однорідну, щільну структуру та здатну відповідати вимогам оптики, плівки мікроелектроніки. Існують також деякі недоліки фільтруваного дугового джерела, тобто діаметр пучка невеликий, як правило, менше 200 нм, і важко утворити багатошаровий вихідний масив, що робить масове виробництво великої площі неможливим, а передача ефективність не висока, максимальна коефіцієнт передачі конструкції згину приблизно приблизно 30%, іонний струм складає лише від 2% до 3% струму дуги.

Вплив потоку газу на структуру покриття

Зміна парціального тиску N ₂ (витрати) призведе до зміни концентрації і енергії іонів азоту, що впливає на сполучення з атомом металу, що робить бажану зміну орієнтації на ріст, таким чином, впливаючи на характеристики покриття. Ресурери виявили, що за умов загального тиску 0.8Pa і Ar потоку 20sccm, коли потік азоту менше, ніж 6sccm, переважна орієнтація (111), коли потік азоту більший, ніж 6sccm, (111) пікова інтенсивність зменшується, а (200 ) пікова інтенсивність зростає, головним чином тому, що в структурі ГЦК-ТіЦН (111) площина поверхневої енергії низька, при низьких атомах потоку азоту відбувається міграція на площину (111), при збільшенні потоку азоту швидкість атомної міграції зменшується, але (200) поверхня кристала з високою поверхневою енергією має високу щільність щільності, а дифузійна відстань від точок енергозбереження невелика, що сприяє переважному росту кристала вздовж поверхні кристала (200). Ресурери виявили, що при надходженні азоту 1 смкm, отримані зразки представляють собою аморфну ​​структуру, коли потік азоту становить більше 2 смкм, існує стовпчаста структура в плівці, границя зерна існує, коли потік азоту збільшується до 6 смкм, плівка стає щільною, і відповідно, віддає перевагу мікроструктурі ізотропного та очищення зерна, головним чином, як збільшення потоку азоту, зменшується швидкість атомної міграції, поверхня мембрани змінюється в місцевому хімічному потенціалі. Дослідники виявили, що при збільшенні потоку азоту зерно, зібране в плівці, менше, поверхня стає щільною та гладкою, шорсткість поступово зменшується до постійної.

Нині джерелом вуглецю, що використовується під час підготовки дослідників TiCN, є, головним чином, газ C ₂ H ₂ або CH ₄ , оскільки TiN та TiC представляють собою кубічну структуру, обличчя-центровану типу NaCl, радіус атома N та C-атом дуже близькі, N становить 0,071нм, C становить 0,07нм, обидва можуть взаємно замінюватися, щоб утворити однофазний матеріал TiC (N) або TiN (C). За певних умов може виникнути двофазна структура. У спектрі дифракції XRD піки їх дуже близькі, і навіть деякі збігаються, що призводить до складної фазового аналізу, тому він зазвичай називається TiCxN1-x.

Вплив факторів на TiCN

Температура

Якістю TiCN покриття в основному впливають такі фактори процесу, як склад, температура та атмосфера. Різна температура матриці призведе до того, що розмір, форма, структура зерна покриву зовсім інша. Занадто висока температура осадження та швидкість осадження занадто швидко призведе до того, що кришталь з покриттям буде товстим розгалуженим, впливаючи на якість покриття; температура осадження занадто низька, вона схильна утворювати пористі, сипучі відкладення, що впливають на міцність на зв'язування покриття та матриці. Тому розумний вибір температури є необхідною умовою отримання високоякісного покриття. Mc.Cormell і т. Д. Нанесений TiCN покриття на нержавіючу сталь методом PVD, в тому числі його твердість, міцність зв'язку та коефіцієнт тертя не зміняться при температурі нижче 250 ℃. Після термічної обробки 450 ℃ до зразків, коефіцієнт тертя товщини покриття TiCN становить 0,2 до 250 ℃ і до 0,3 при 250 ℃, але все ще нижчий, ніж коефіцієнт тертя TiN, оскільки в TiCN покриття C відіграє роль мастила. Дослідження показують, що при температурі нижче 200 ° С коефіцієнт тертя і швидкість зношення TiCN-покриття зростає зі зростанням температури.

Імпульсне упередження

Існування імпульсного упередження відіграє дуже важливу роль у зменшенні крапель та поліпшенні якості покриття. Негативне ухилення, що залучає позитивний зарядний обертовий матеріал, може зробити іони титану біля катодної цілі прискорення льотної порожнини, збільшення шансів зіткнення азоту в плазмі та краплі і одночасно збільшити міцність з'єднання титану та азоту. Якщо підтримувати постійний тиск вакууму, потік азоту зростає з збільшенням негативного зміщення, але зміст азоту в плівці зменшується з збільшенням негативного зміщення. Це, в основному, з'єднувальна здатність Ti-Ti є сильнішою, ніж Ti-N, і при збільшенні негативного зміщення здатність тиску перемалювати міцність, ніж азот. Крім того, з посиленням зміщення частинки плазми перетворюють частинки енергії на зміну матриці, впливаючи на організаційну структуру плівки.

Дуговий струм

З огляду на перспективу застосування промислового виробництва, збільшення струму дуги може підвищити продуктивність, жорсткість плівки та зносостійкість. Підвищення дугового струму означає, що цільна загальна температура зростає, відповідні краплі збільшуються, а розмір крапель збільшиться.

Підвищення крапель та розміру крапель неминуче призведе до зниження корозійної стійкості плівки, особливо до крапель великого діаметра, приблизно на 1/3 поховано у плівці у напрямку висоти та нерегулярні дрібні отвори на дні. При зустрічах корозійних речовин, таких як кислота та луг і т. Д. Ці отвори спочатку пошкоджуються і утворюють отвори у вигляді голок, тому їх існування є основною причиною зменшення корозійної стійкості покриття. Тому в практичному застосуванні для координування протиріччя між зростанням струму дуги та краплини можуть бути використані деякі оптимізовані способи, такі як збільшення зони випаровування цілі, посилення охолоджувального впливу мішені або дизайну нового дугового джерела, який може гальмувати утворення крапель.