TiCN-покрытие на основе вакуумного дугового ввода

Методы получения покрытия TiCN

Начиная с 1985 года, после того, как Knotke впервые опубликовал исследование технологии покрытия TiCN, Люди выразили большой интерес к его превосходной стойкости к высокотемпературному окислению и хорошей эффективности применения, и до сих пор разработали разнообразную физическую технологию vapordeposition. В настоящее время существует три метода получения TiCN-покрытия, которые представляют собой метод ионного плавления магнетронного распыления, метод радиочастотного распыления и метод многоэлектронного ионного осаждения, в котором метод ионного плавления магнетронного распыления и метод многоэлектронного ионного осаждения наиболее широко распространены используется и низкая стоимость.

Магнетронное ионное покрытие.

Технология магнетронного распыления была разработана в начале 1970-х годов, поскольку углубление технологий и исследований широко использовалось в области индустриализации электрической, оптической пленки и энергии, механических промышленных и т. Д. И стало одним из наиболее широко используемых препаратов TiCN пленочных методов. В процессе покрытия ионы Ti генерируются с использованием ионов Ar, генерируемых газовым тлеющим разрядом Ar, для бомбардировки мишени Ti и электростатическим ускорением отлетают на заготовку и, таким образом, пленку осаждения. Этот метод имеет высокую скорость осаждения, толщину однородной пленки, а ионное покрытие может улучшить комбинирующую способность покрытия и границы подложки и сделать плотность пленки плотной. В то же время целевые показатели, чувствительные к загрязнению, и низкая скорость осаждения в процессе покрытия являются основной его слабостью. Было обнаружено, что при увеличении парциального давления углерода и азота скорость осаждения замедляется.

Многодуговое ионное покрытие.

Многодуговое ионное покрытие относится к усовершенствованному методу ионного осаждения, впервые разработанному Советами, в начале 1980-х годов, впервые практикованному США Multi-Arc. Основной принцип заключается в том, чтобы использовать источник металлической цели в качестве катода, разряжать дугой между анодной оболочкой и делать испарение и ионизацию мишени, формируя космическую плазму, а затем нанося покрытие на заготовку. По сравнению с другими мембранными технологиями преимущество заключается в том, что катод непосредственно производит плазму, а катодная мишень может быть произвольно устроена, что значительно упрощает образец образца. Кроме того, энергия многолучевых падающих частиц велика, скорость ионизации может достигать 60% ~ 80%, плотность мембраны высока, прочность и долговечность хороши, интерфейс пленки и матрицы легко производить атомную диффузию и прилипание пленки хорошее.

В технологии вакуумного дугогашения используется плазменное электромагнитное поле для фильтрации, которое может эффективно уменьшать или устранять крупные частицы. По сравнению с обычным покрытием из дугогасящего покрытия, макрочастицы с отфильтрованным дугообразным покрытием без примесей, однородной, плотной структуры и способны удовлетворять требованиям оптики, пленки микроэлектроники. Имеются также некоторые недостатки в источнике отфильтрованной дуги, то есть диаметр луча мал, обычно менее 200 нм, и трудно сформировать многодуговую матрицу источников, из-за чего массовое производство большой площади не может быть достигнуто, а передача КПД невелик, максимальная эффективность трансмиссии изгибающей структуры примерно около 30%, ионный ток составляет от 2% до 3% от тока дуги.

Влияние потока газа на структуру покрытия

Изменение парциального давления (потока) N ₂ приведет к изменению плотности и плотности распыления азота азота, влияя на объединение с атомом металла, что делает предпочтительным изменение ориентации роста, что влияет на характеристики покрытия. Исследователи обнаружили, что при условии полного давления 0,8 Pa и потока Ar 20sccm, когда поток азота меньше 6sccm, предпочтительной ориентацией является (111), когда поток азота превышает 6 cccm, пиковая интенсивность (111) уменьшается и (200 ) интенсивность пика возрастает, главным образом потому, что в структуре ГЦК-TiCN плоская поверхностная энергия (111) низка, при низких атомах азота атомы перемещаются в плоскость (111), с увеличением потока азота скорость миграции атомов уменьшается, но (200) поверхность кристалла с высокой поверхностной энергией имеет высокую плотность шага, а расстояние диффузии от точек сетки с малой энергией является коротким, выгодным преимуществом кристалла на поверхности кристалла (200). Исследователи обнаружили, что, когда поток азота составляет 1 см 3 куб. М, полученные образцы являются аморфной структурой, когда поток азота составляет более 2 м / с / ч, в пленке имеется зернистая структура, граница зерна существует, когда поток азота увеличивается до 6 см 3 / мин, пленка становится плотной и соответственно, предпочитает микроструктуру изотропного и зернистого измельчения, главным образом в результате увеличения потока азота, скорость миграции атомов снижается, поверхность мембраны изменяется в локальном химическом потенциале. Исследователи обнаружили, что при увеличении потока азота зерно, собранное в пленке, меньше, поверхность становится плотной и гладкой, шероховатость постепенно уменьшается до постоянной.

В настоящее время источником углерода, используемым при подготовке исследователей TiCN, является газ C ₂ H ₂ или CH ₄ главным образом, поскольку TiN и TiC представляют собой гранецентрированную кубическую структуру типа NaCl, радиус атома N и атом C очень близки, N составляет 0,071 нм, C составляет 0,077 нм, два могут быть взаимно замещены, образуя однофазный материал TiC (N) или TiN (C). При определенных условиях может возникнуть двухфазная структура. В спектре дифракции рентгеновских лучей пики их очень близки и даже частично перекрываются, что приводит к сложности фазового анализа, поэтому оно обычно записывается как TiCxN1-x.

Факторы влияния характеристик покрытия TiCN

температура

На качество покрытия TiCN в основном влияют такие факторы процесса, как состав, температура и атмосфера. Разная температура матрицы приведет к тому, что размер, форма, структура покрытия будут совершенно разными. Слишком высокая температура осаждения и слишком высокая скорость осаждения приведут к тому, что кристалл с покрытием будет иметь разветвленную толщину, влияя на качество покрытия; температура осаждения слишком низкая, она имеет тенденцию образовывать пористые, рыхлые осадки, влияющие на вязкость покрытия и матрицы. Поэтому разумный выбор температуры является необходимым условием для получения высококачественного покрытия. Mc.Cormell и т. Д. Наносят покрытие TiCN на нержавеющую сталь методом PVD, в том числе, что его твердость, прочность сцепления и коэффициент трения не будут меняться, когда температура будет ниже 250 ℃. После термообработки 450 ℃ на образцы коэффициент трения TiCN составляет 0,2 до 250 ℃ и до 0,3 при 250 ℃, но все же ниже коэффициента трения TiN, потому что в TiCN покрытие C играет роль смазки. Исследования показывают, что когда температура ниже 200 ° C, коэффициент трения и износ покрытия TiCN увеличивается с повышением температуры.

Импульсное смещение

Существование импульсного смещения играет очень важную роль для уменьшения капли и улучшения качества покрытия. Отрицательное смещение, притягивающее рабочую деталь с положительным зарядом, может заставить ионы титана вблизи катодной мишени ускорить муху, увеличить вероятность столкновения с азотом в плазме и капельке и в то же время увеличить прочность соединения титана и азота. Если поддерживать постоянное вакуумное давление, поток азота увеличивается с увеличением отрицательного смещения, но содержание азота в пленке уменьшается с увеличением отрицательного смещения. Это в основном способность связывания Ti-Ti сильнее, чем Ti-N, и с увеличением отрицательного смещения способность к повторному распылению титана сильнее, чем азот. Кроме того, с увеличением смещения частицы плазмы заставляют частицы энергии летать до изменения матрицы, влияя на организационную структуру пленки.

Дуговой ток

С точки зрения промышленного применения, увеличение тока дуги может повысить производительность и твердость пленки и износостойкость. Увеличение тока дуги означает, что общая температура цели увеличивается, соответствующие капли будут увеличиваться, а размер капель тоже увеличится.

Увеличение капель и размер капель неизбежно приведет к снижению коррозионной стойкости пленки, особенно капель большого диаметра, примерно 1/3, зарытых в пленке по высоте и нерегулярных небольших отверстий внизу. При столкновении с коррозионными веществами, такими как кислота и щелочь и т. Д., Эти отверстия сначала повреждаются и образуют отверстия в форме иглы, поэтому их существование является основной причиной снижения коррозионной стойкости покрытия. Поэтому в практическом применении для согласования противоречия между увеличением тока дуги и капли могут быть использованы некоторые оптимизированные способы, такие как увеличение площади испарения мишени, усиление охлаждающего эффекта целевого или нового источника дуги, который может препятствуют образованию капель.