Onderzoek naar de kleureigenschappen van TiN-coatings die zijn gemaakt met behulp van multi-Arc Ion-coatingtechnologie

TiN dunne coating wordt afgezet op het oppervlak van 3Cr13 roestvrij staal door multi-arc ion coating technologie. De effecten van grote deeltjes, stikstofstroomsnelheid en doelstroom op de kleureigenschappen van de films werden onderzocht door middel van scanning-elektronenmicroscopie en zichtbaar-spectrumfotometer. De resultaten laten zien dat de grote deeltjes bestaan uit een oppervlakkige kristallaag, een tussenlaag en een druppellaag en dat minder grote deeltjes de kleurprestaties van de film niet beïnvloeden. Bij het verhogen van de stikstofstroomsnelheid vertoonde de reflectiecoëfficiënt van het monster een neerwaartse trend, de kleurcoördinaten rood / groene waarde a * en de gele / blauwe waarde b * nam toe, de lichtheid L * nam af, de chroma-index C * ab nam toe en de tinthoek H * ab nam af, de filmkleur veranderde geleidelijk van zilvergrijs in donkergeel. Naarmate de doelstroom toenam, nam de tinthoek H * ab toe, de chroma-index C * ab, de rood / groene waarden a *, en de geel / blauwe waarden b * namen allemaal af, de filmkleur veranderde geleidelijk van diep geel tot zilver wit. De verandering van de doelstroom verandert de atoomverhouding van titanium, en het kan de verandering van stikstofstroom compenseren.

Roestvrij staal zelf heeft een uitstekende corrosiebestendigheid, slijtvastheid en andere kenmerken, is nu op grote schaal gebruikt in het dagelijks leven, de auto-industrie, de bouw en andere gebieden, met de uitbreiding van de vraag gebieden, gekleurde roestvrij staal rustig naar buiten komen. Het gekleurde roestvrij staal verhoogt niet alleen de decoratieve en artistieke eigenschappen, maar verbetert ook de corrosieweerstand en slijtvastheid van het staal. Tegenwoordig wordt de toepassing van roestvast staal in kleur steeds omvangrijker en worden de eisen steeds hoger. De oppervlaktebehandelingstechnologie van roestvrij staal heeft rechtstreeks invloed op de toepassing en ontwikkeling van roestvast staal in kleur, en heeft ook een grote praktische waarde en praktische betekenis voor de studie van roestvaststalen oppervlaktekleuring.

TiN-film heeft de voordelen van hoge hardheid, goede chemische inertie, unieke kleur, enz. Het wordt veel gebruikt in slijtvaste en corrosiebestendige oppervlaktebekledingen, halfgeleiderdiffusiekeringen en decoratie-industrieën. Het gebruik van multi-arc ion plating technologie om goud-imitatie titaniumnitride decoratieve film op het metalen oppervlak te maken, heeft de voordelen van hoge productie-efficiëntie, lage proceskosten, stabiele filmprestaties, enz. Deze methode is al in de praktische productiefase beland. Het doel van dit artikel is om systematisch de invloed van grote deeltjes, stikstofstroom en doelstroom op de kleur van de TiN-films te bestuderen, evenals de veranderregels, om de basis te leggen voor het maken van titaniumnitride-imitatie gouden decoratieve film door meerdere -arc ion coating technologie en de optimalisatie van de kleur van de film.

1. De experimentele inhoud

1. 1. Experimentele uitrusting en materialen

In dit experiment werd een multi-arc ioncoatingmachine van het type AIP-01 gebruikt voor het coaten. Het sputterdoel was een titanium doelwit met een zuiverheid van 99,9%. Het werkende gas was argongas (Ar) met een zuiverheid van 99,9%. Het reactiegas was stikstof (N2) met een zuiverheid van 99,99%, het substraat is 3Cr13 roestvrij staal met afmetingen van 40 mm x 20 mm x 2 mm.

1. 2. Experimentele methode

Na malen en polijsten werd het substraat achtereenvolgens 15 min. Met aceton en absolute ethanol gewassen en vervolgens na drogen in een bekledingsmachine geplaatst. Vervolgens wordt vacuüm gepompt tot een niveau van ten minste 6,0 x 10-3 Pa en verwarmd tot de afzettingstemperatuur. Argongas werd belucht tot werkdruk, start vervolgens eerst het boogdoelwit voor het bekleden van een zuivere titaniumbodemlaag in 5 min (proces wordt getoond in Tabel 1) en belucht vervolgens de stikstof om een TiN-film af te zetten.

Tabel 1 Zuiver titaniumproces

Het oppervlak van het monster werd gecoat met verschillende procesparameters (stikstofflux en doelwitstroom) en vervolgens met behulp van LEO-1530VP veldemissie scanning elektronenmicroscoop (FE-SEM) om de morfologie van de film waar te nemen.

De kleureigenschappen van TiN-films werden gemeten met een Perkin Elmer Lambda 950 UV / Vis-spectrofotometer. Verwijzend naar drie soorten verlichtingsmiddelen die worden aanbevolen door de Internationale Commissie voor Verlichtingskunde (CIE): standaardlichtmiddelen A, C en D65. De spectrale reflectiecoëfficiënt ρ (λ) van de film wordt gemeten met een spectrofotometer en vervolgens gebruikt hij zijn eigen gegevensanalysesysteem om de drie orthogonale parameters van de LAB-kleurcoördinaten onder de drie standaardlichtbronnen te berekenen: L *, a *, b *, in het nationale standaard CIE 1976 (L *, a *, b *) kleursysteem, L * geeft de helderheid van de kleur aan (L * = 0 genereert zwart en L * = 100 geeft wit aan), a * geeft rood-groene richting aan ( + a * geeft rode richting aan, -a * geeft groene richting aan) en b * geeft geel-blauwe kleurrichting aan (+ b * geeft gele richting aan, - b * geeft blauwe richting aan). De kleurcoördinaten h * ab en de chroma-index C * ab worden berekend door de kleurcoördinaten. De tinthoek H * ab staat voor de dominante golflengte en de chroma-index C * ab staat voor de kleurzuiverheid:

H ^* _ab = arctan (b ^* / a ^* ) (1)

C ^* _ab = (a ^{* 2} + b ^{* 2} ) 1/2 (2)

2. Conclusie

(1) De meeste grote deeltjes bestaan uit een druppellaag, een tussenlaag en een kristallijne laag. De kristallijne laag wordt blootgesteld op het oppervlak. Wanneer het aantal grote deeltjes klein is, is de invloed op de kleur van de film klein. Als het aantal grote deeltjes te groot is, nemen de grote deeltjes die de film bedekken, de reflectie en de helderheid van de film af.

(2) Titaniumnitridefilms waarvan de kleur varieert van zilver tot donkergeel, kunnen onder verschillende stikstofstroomomstandigheden worden gemaakt. Naarmate de stroomsnelheid van stikstof toeneemt, neemt de filmweerkaatsingscurve af, die een afname in helderheid L * en tinthoek H * ab en toename in rood / groene waarde a *, een geel / blauwe waarde b * en een verzadigingsindex C * toont. ab in de LAB-kleursoort.

(3) Naarmate de doelstroom toeneemt, kunnen titaannitridefilms met een kleur variërend van diepgeel tot zilverwit worden gemaakt, met een toename van de tinthoek H * ab en kleurindex C * ab en een afname van de rood / groene waarde a * en de geel / blauwe waarde b * in de LAB-kleurruimte. Omdat de verandering van de doelstroom de atoomverhouding van titanium en stikstof in de film kan veranderen, om de verandering van de stikstofstroomsnelheid te compenseren. Daarom neemt de mate van The L * geleidelijk toe in het voorste deel naarmate de doelstroom toeneemt, en de afname van de L * -waarde in het achterste deel moet worden veroorzaakt door het genereren van een groot aantal grote deeltjes en andere defecten in de film laag naarmate de stroom verder toeneemt.