TiCN-coating op basis van Vacuum Arc Ion-plating

Voorbereidingsmethoden van de TiCN-coating

Sinds 1985 publiceerde After Knotke voor het eerst onderzoek naar de TiCN-coatingtechnologie. Mensen toonden grote interesse voor de uitstekende oxidatieweerstand bij hoge temperaturen en de goede applicatieprestaties, en hadden tot dusverre een verscheidenheid aan fysische dampafzettingstechnologie ontwikkeld. Momenteel zijn er drie methoden voor de bereiding van TiCN-coating, die een magnetron-sputter-ion-platingmethode, een radiofrequentie-verstuivingsmethode en een multi-boog-ionplateringsmethode zijn, waarbij de magnetron-sputterion-plateringswerkwijze en de multi-arc-ionenplateermethode het meest algemeen worden toegepast. gebruikt en lage kosten.

Magnetron-sputter-ionenplattering.

Magnetron sputtertechniek werd ontwikkeld in de vroege jaren 1970, als de verdieping van technologie en onderzoek, het is op grote schaal gebruikt in de industrialisatie gebied van elektrische, optische film en energie, mechanische industriële enz. En wordt een van de meest gebruikte voorbereiding van TiCN film methoden. Bij het coatingproces worden Ti-ionen gegenereerd door het gebruik van Ar-ionen gegenereerd door Ar-gasontlading om het Ti-doelwit te bombarderen, en door elektrostatische versnelling naar het werkstuk en dus de depositiefilm te vliegen. Deze methode heeft een hoge depositiesnelheid, uniformiteit van de filmdikte en het ionenplateren kan het combineervermogen van coating en substraatinterface verbeteren en de filmorganisatie compact maken. Tegelijkertijd zijn de doelen die gevoelig zijn voor vervuiling en lage depositiesnelheid in het coatingproces de grootste zwakte. Er is gevonden dat, wanneer de partiële druk van koolstof en stikstof toeneemt, de depositiesnelheid zal afnemen.

Multi-boog ion-plating.

Multi-arc ion plating behoort tot een verbeterde ion-plating methode, voor het eerst ontwikkeld door de Sovjets, begin jaren tachtig, eerste praktisch door de Amerikaanse Multi-Arc. Het basisprincipe is het nemen van de metalen doelwitbron als de kathode, ontladend per boog tussen de anodeomhulling en het doelverdamping en ionisatie, het vormen van ruimte-plasma, en vervolgens het aanbrengen van bekleding op het werkstuk. Vergeleken met andere membraantechnologieën heeft het voordeel dat de kathode direct plasma produceert en het kathode-doelwit willekeurig kan worden gerangschikt, hetgeen de monsteropspanning sterk vereenvoudigt. Bovendien is de multi-boog invallende deeltjesenergie hoog, de ionisatiesnelheid kan 60% ~ 80% bereiken, de dichtheid van het membraan is hoog, de sterkte en duurzaamheid zijn goed, het grensvlak van film en matrix is ​​gemakkelijk atomaire diffusie te produceren en de hechting van de film is goed.

Vacuümboog-ionplatertechniek maakt gebruik van plasma-elektromagnetisch veld om te filteren, waardoor grote deeltjes effectief kunnen worden verminderd of verwijderd. Vergeleken met de conventionele boogion-plating coating, is het arc-type gefilterd boogcoating macro-deeltje geen onzuiverheden, homogene, dichte structuur en in staat om te voldoen aan de vereisten van de optica, micro-elektronica film. Er zijn ook enkele nadelen aan de gefilterde boogbron, dat wil zeggen, de bundeldiameter is klein, meestal minder dan 200 nm, en moeilijk te vormen array met meerdere arcbronnen, waardoor de massaproductie van een groot gebied niet kan worden bereikt, en de transmissie efficiëntie is niet hoog, de maximale transmissie-efficiëntie van de bochtstructuur ongeveer ongeveer 30%, de ionenstroom slechts 2% tot 3% van de boogstroom.

Invloed van gasstroom op de coatingstructuur

Verandering van de partiële druk van N2 (stroming) zal de verstuivende stikstofdionendichtheid en energiewijziging veroorzaken, hetgeen de combinatie met het metaalatoom beïnvloedt, waardoor de geprefereerde groeirichtingsverandering verandert, waardoor de bekledingsprestatie wordt beïnvloed. Reserachers hebben gevonden dat onder de toestand van totale druk 0,8 Pa en Ar 20 sccm stromen, wanneer de stikstofstroom minder is dan 6 sccm voorkeursoriëntatie (111), wanneer de stikstofstroom groter is dan 6 sccm, (111) de piekintensiteit afneemt en (200) ) piekintensiteit toeneemt, voornamelijk omdat in de structuur van fcc-TiCN (111) de oppervlakte-energie van het vlak laag is, onder lage stikstofstroomatomen naar het (111) -vlak migreren, met de toename van de stikstofstroom, de atoommigratiesnelheid daalt, maar (200) kristaloppervlak met hoge oppervlakte-energie heeft een hoge stapdichtheid en de diffusieafstand weg van de laag-energetische roosterpunten is kort, hetgeen de kristalvoorkeurgroei langs het (200) kristaloppervlak ten goede komt. Reserachers ontdekten dat wanneer de stikstofstroom 1 sccm is, de verkregen monsters amorf zijn, wanneer de stikstofstroom meer dan 2 sccm is, is er een kolomstructuur in de film, bestaat er een korrelgrens, wanneer de stikstofstroom toeneemt tot 6 sccm, wordt de film dicht, en respectievelijk geeft de voorkeur aan de microstructuur van de isotrope en de korrelverfijning, voornamelijk als de toename van de stikstofstroom, de atomaire migratiesnelheid wordt verminderd, het membraanoppervlak verandert in lokaal chemisch potentieel. De onderzoekers ontdekten dat als de stikstofstroom toeneemt, het graan dat zich in de film verzamelt minder is, het oppervlak dicht en glad wordt, de ruwheid geleidelijk afneemt tot constant.

Nu is de koolstofbron die door de onderzoekers wordt gebruikt voor de bereiding van TiCN hoofdzakelijk het C2H2- of CH4-gas, omdat TiN en TiC een kubusvormige structuur met een vlakgecentreerd oppervlak van het NaCl-type zijn, de straal van het N-atoom en het C-atoom erg dichtbij is, N is 0,071 nm, C is 0,077 nm, de twee kunnen onderling worden vervangen om een ​​enkelfasemateriaal TiC (N) of TiN (C) te vormen. Onder bepaalde omstandigheden kan er een tweefasenstructuur verschijnen. In het XRD-diffractiespectrum zijn de pieken ervan zeer dichtbij en zelfs enige overlapping, wat resulteert in de faseanalysecomplexiteit, dus wordt het gewoonlijk geschreven als TiCxN1-x.

Invloedfactoren van de coatingprestaties van TiCN

Temperatuur

De kwaliteit van de TiCN-coating wordt voornamelijk beïnvloed door de procesfactoren zoals samenstelling, temperatuur en atmosfeer. Verschillende matrixtemperaturen zorgen ervoor dat de korrelgrootte, vorm en structuur van de coating compleet anders zijn. De depositietemperatuur te hoog en de afzettingssnelheid te snel zal ervoor zorgen dat de gecoate kristalshow dik vertakt is, waardoor de kwaliteit van de coating wordt beïnvloed; de depositie temperatuur is te laag, het heeft de neiging poreuze, losse sedimenten te vormen, die de bindingssterkte van de coating en matrix beïnvloeden. Daarom is een redelijke temperatuurkeuze een noodzakelijke voorwaarde om coating van hoge kwaliteit te verkrijgen. Mc.Cormell etc. gedeponeerde TiCN-coating op roestvrij staal met PVD-methode, inclusief dat de hardheid, hechtsterkte en wrijvingscoëfficiënt niet zullen veranderen als de temperatuur lager is dan 250 ℃. Na 450 ℃ hittebehandeling op monsters, TiCN coating wrijvingscoëfficiënt is 0.2 voor 250 ℃, en tot 0.3 bij 250 ℃, maar nog steeds lager dan de wrijvingscoëfficiënt van TiN, is het omdat in TiCN coating C een glijmiddel rol heeft gespeeld. Studies tonen aan dat wanneer de temperatuur lager is dan 200 ° C, de wrijvingscoëfficiënt en de slijtagesnelheid van de TiCN-coating toenemen bij toenemende temperatuur.

Gepulseerde vooroordelen

Het bestaan ​​van gepulseerde bias speelt een zeer belangrijke rol bij het verminderen van de druppel en het verbeteren van de coatingkwaliteit. Negatief vooroordeel dat positief ladingsverstuivingswerkstuk aantrekt, kan de titaniumionen nabij het kathodedoel de vlieg doen versnellen, de kans op botsing met stikstof in het plasma en de druppel vergroten, en tegelijkertijd de bindingssterkte van het titanium en stikstof verhogen. Als de vacuümdruk constant blijft, neemt de stikstofstroom toe met toenemende negatieve voorspanning, maar het stikstofgehalte in de film neemt af met het toenemen van de negatieve voorspanning. Dit is hoofdzakelijk het Ti-Ti-bindingsvermogen dat sterker is dan Ti-N, en met de toename van negatieve bias is het hersputtende vermogen van het titanium sterker dan stikstof. Bovendien laten de plasmadeeltjes met de toename van vooringenomenheid de energiedeeltjes naar de matrixverandering vliegen, hetgeen de organisatiestructuur van de film beïnvloedt.

Boogstroom

Beschouwd vanuit het perspectief van industriële productietoepassing, kan toenemende boogstroom de productiviteit en filmhardheid en slijtageweerstand verbeteren. Toenemende boogstroom betekent dat de beoogde totale temperatuur toeneemt, dat de bijbehorende druppels toenemen en dat de druppelgrootte ook toeneemt.

Toename van druppeltjes en druppelgrootte zal onvermijdelijk leiden tot afname van de corrosieweerstand van de film, in het bijzonder druppels met grote diameter, met ongeveer 1/3 begraven in de film in hoogterichting en de onregelmatige kleine gaten aan de onderkant. Wanneer corrosieve substanties zoals zuur en alkali enz. Tegenkomen, corrumperen deze gaten eerst en vormen naaldvormige gaten, daarom is hun bestaan ​​de belangrijkste reden dat de corrosieweerstand van de coating afneemt. Daarom kunnen, in de praktische toepassing, voor de coördinatie van de tegenstrijdigheid tussen toenemende boogstroom en druppel, sommige geoptimaliseerde manieren worden gebruikt, zoals om het verdampingsgebied van het doel te vergroten, het koeleffect van een doelwit te versterken of een nieuwe boogbron te ontwerpen die kan remmen de productie van druppeltjes.