Effect van vooringenomenheid op de structuur en mechanische eigenschappen van Ni - gedopeerde op TiB2 - gebaseerde coatings bereid door magnetron sputtering

Effect van vooringenomenheid op de structuur en mechanische eigenschappen van Ni - gedopeerde op TiB2 - gebaseerde coatings bereid door magnetron sputtering

Een reeks op Ni - gedoteerde coatings op basis van TiB2 werd bereid door niet - reactief magnetronsputteren met dubbele targeting. De samenstelling werd bepaald met behulp van röntgenstralenergiespectrometer, de structuur van de coating werd geanalyseerd met behulp van röntgendiffractie en scanningelektronenmicroscopie, en de hardheid, modulus, breuktaaiheid, op film gebaseerde hechting en tribologische eigenschappen van de coating werden gekenmerkt door nano-indeuking, inspringen van vickers, krassen en wrijving en slijtage. De resultaten laten zien dat: de tib2-ni-coating die met dit proces is bereid, een hexagonale TiB2-structuur heeft en de groeistructuur zeer compact is, zonder duidelijke kolomvormige groeiconstructie en lage oppervlakteruwheid. De hardheid is groter dan 40 Gpa; De coating heeft een goede breuktaaiheid. De breuktaaiheid en cohesieve kracht nemen toe met de toename van de voorspanning. Tegelijkertijd liggen de wrijvingscoëfficiënten van de bereide bekledingen allemaal in het bereik van 0,5 - 0,6 en is de slijtsnelheid in dezelfde orde van grootte.

De op TiB2 gebaseerde coating vervaardigd door magnetronsputteren heeft een hoge hardheid en een hoge chemische stabiliteit, dus het is op grote schaal in vele opzichten gebruikt en kan worden gebruikt om het oppervlak van snijgereedschappen, matrijzen en ruimtevaartonderdelen te beschermen. Hoewel de op tib2 gebaseerde coating een hoge hardheid heeft, zijn materialen met een hoge hardheid meestal bros en leiden ze gemakkelijk tot defecten als ze vervormd worden. Lage taaiheid beperkt de toepassing van op tib2 gebaseerde coating in engineering en het verbeteren van de taaiheid ervan is een zeer belangrijke onderzoeksrichting geworden. In het algemeen zal de toename van taaiheid gemakkelijk leiden tot de afname van de hardheid, en het is moeilijk om beide te bereiken.

Metalen en keramische materialen worden op veel gebieden veel gebruikt. Het belangrijkste kenmerk van metaal is dat het een hoge taaiheid heeft. Keramiek heeft een hoge hardheid maar een lage taaiheid. De laatste jaren zijn keramische / metaal nanocomposietcoatings die zijn vervaardigd door opname van ductiele materialen in op keramiek gebaseerde coatings uitgebreid bestudeerd. Sommige onderzoeken hebben Ni of Ti gedoopt in vele carbiden en nitridebekledingen, zoals met Ni gedoteerd TiC, TiN en CrN, Ti-gedoteerd SiN, enz. De metaaldotering zal leiden tot veranderingen in hardheid en taaiheid. Akbari et al. gevonden ti-ni-n coating met hardheid groter dan 25GPa en goede taaiheid.

Op basis van het bovenstaande onderzoek, bestudeert dit artikel het verschillende metaal dat gedoteerd is voor TiB2-scheurbestendigheid, de invloed van gevonden Ni-doping op de anti-kraakprestatie is z * duidelijk, maar vond in de vorige studies dat, hoewel er verbeteringen zijn, maar daar zijn voor de hand liggende kolomvormige groei, toont aan dat de prestatie van de coating veel ruimte voor verbetering heeft, op basis hiervan neemt dit artikel de dubbele doelen van middenfrequentie en rf vermogen magnetron sputterapparatuur aan door de substraat bias te veranderen TiB2 - Ni coating werd bereid door verschillende vooroordeel. De structuur en eigenschappen van de bereide coating werden bestudeerd en de effecten van voorspanning op de structuur van de groei, hardheid, breuktaaiheid, filmadhesie en tribologie werden besproken.

1. Experiment

1.1 grondstoffen en voorbereiding

De coating werd bereid met MS450 hoog-vacuüm dubbel-doel magnetron sputterapparatuur. Door de substraatvoorspanning te veranderen, werd tib2-ni-bekleding met verschillende voorspanning afgezet op het James Glass, éénkristal Si (100) en M2 hogesnelheidstaalsubstraat. Het TiB2-doel (100 mm in diameter, 4 mm in dikte, 99,9 in zuiverheid)

1.2 coatingkarakterisering

Het gebruik van Bruker D8 type X-straaldiffractie (XRD) werd uitgevoerd op de coatingfase-analyse, CuK-alfa, theta / theta-modus, stel de staplengte in als 0,01 ° , scanbereik 20 ° - 70 ° . De groeistructuur van de coating werd waargenomen met behulp van Hitachi S4800 hoge resolutie veldemissie scanning elektronenmicroscoop (SEM). De versnellingsspanning was 4 kV. De hardheidsmeting van de coating werd uitgevoerd op het MTS NANO G200 nanometer indeukinstrument en de diamant Berkovich kop werd gebruikt. Om de invloed van het substraat te verminderen, werd de z * grote injectiediepte ingesteld op 150 nm (ongeveer 1/10 van de filmdikte). Elk monster werd gemeten op 8 punten en het gemiddelde genomen, en de plasticiteitsindex werd berekend uit de belasting en het ontladen van bochten. Het Revetest Revetest-instrument van CSM werd gebruikt om de bindende kracht tussen de coating en het substraat te analyseren en de drukkop was een Diamond Rockwell-drukkop met een straal van 200 m. De belastingskracht was 0 ~ 100N en de laadlengte was 3 mm. Vickers indrukkingstest met hv-1000 microhardheidstester. FEI QuantaTM 250FEG SEM werd gebruikt om de krasmorfologie en Vickers indrukmorfologie te karakteriseren met een spanning van 5 kV. De tribologische eigenschappen van de coating werden gekarakteriseerd door CETR umt-3 wrijvingstestmachine en de bal en schijf heen en weer bewegende modus werd gebruikt. werd uitgevoerd bij kamertemperatuur en een vochtigheidsgraad van 62 5%. De dubbele bal is een Al2O3-bal met een diameter van 6 mm, die wordt geladen als 2N. De heen-en-weergaande snelheid en frequentie van de duale bol zijn 5 cm / s en 5 Hz. De diepteverdeling van slijtagepunten werd verkregen met behulp van de kla-tencor alpha -stap IQ-oppervlakteprofiler.

2, de conclusie

(1) apparatuur voor magnetronsputteren werd gebruikt om met Ni gedoteerde TiB2-basiscoating onder verschillende voorspanningsdrukken te bereiden.

(2) in termen van structuur hebben alle bereide tib2-ni-bekledingen slechts een hexagonale TiB2-structuur. De coating met lage voorspanning neigt amorf te zijn en de coating met hoge voorspanning heeft een goede kristalliniteit. Alle coatings hebben een dichte groeistructuur, geen duidelijke kolomstructuur en lage ruwheid (minder dan 1 nm).

(3) in termen van prestatie is de hardheid hoger dan TiB2 en groter dan 40 Gpa; Het blijkt dat de taaiheid goed is door de ductiliteitsindex en indeukentest. Door de krastest neemt de hechting van de coating toe met de toename van de transformatordruk, heeft de tib2-ni-coating met hoge bias een goede hechting; In termen van tribologische eigenschappen liggen de wrijvingscoëfficiënten van de bereide bekledingen alle tussen 0,5 en 0,6, en de slijtsnelheid ligt binnen het bereik van 1,2 10-15 tot 3,2 10-15 m3 / N m, handhavend in dezelfde orde van grootte.

(4) door de studie van structuur en eigenschappen, tib2-ni-coating bereid door een hoge substraatvoorspanning (ongeveer -110 v) vertoont betere prestaties.

IKS PVD , vervaardiging van PVD-vacuüm decoratief , gereedschappen , optische coatingapparatuur , contact : iks.pvd@foxmail.com