فیلم کروم و کریستین نیترید فیلم
Jan 05, 2018| فیلم های کروم
پوشش های کروم سخت برای مدت زمان طولانی مورد استفاده قرار گرفته اند و می توانند برای افزایش مقاومت در برابر سایش و خوردگی ابزار و اجزای سازنده، مانند حلقه های پیستون، سیلندر های هیدرولیک و قالب ها استفاده شوند. فیلم های کروم بسیار نازک اغلب برای اهداف تزئینی در صنعت ماشین و یا مبلمان مورد استفاده قرار می گیرند. نوع دیگری از استفاده از کروم ماسک کروم روی شیشه برای فوتولیتوگرافی در صنعت میکرو الکترونیک است. روش رسوب سنتی برای کروم، روش الکترولیتی مرطوب است. با این وجود این روش از کروم شش ظرفیتی استفاده می کند که سرطان زا است و بنابراین لازم است که آن را با روش های رسوب گذاری بهداشتی و زیست محیطی، به عنوان مثال روش PVD جایگزین کنید. پوشش Cr، CrN، CrC و همچنین کروم بدون پوشش کروم مانند کربن الماس مانند (DLC)، به عنوان جایگزین مناسب برای پوشش های کروم سخت سخت آبکاری شده در کاربردهای صنعتی بزرگ در نظر گرفته شده است.
اسپری کردن کروم کاملا آهسته است. در پوشش های چند لایه Cr / CrN Sprayed CrN / CrN / Cr 2 N، لایه های کرومی با یک مگنترون φ150 میلیمتر با سرعت 10μm / h (≈170 nm / min) بر روی پایه های فولادی متعلق به 20V در جریان هدف 4 A (≈ 23 mA / cm 2).
توسعه ی بافت در فیلم های کروماتیک اسپرتیک RF در یک اثر توسط Feng و همکاران مورد بحث قرار گرفته است. جایی که یک مدل مبتنی بر حداقل سازی انرژی های سطحی و بین فضایی است. این مدل در رسوبات کریستالی روی بستر های شیشه ای در شرایط مختلف آزمایش شده است. این فیلم ها همیشه بافت کریت (110) را در دمای اتاق تحت پوشش قرار دادند اما در دمای 250 درجه سانتیگراد بافت بافت (110) یا (002) با مقدار انرژی سپرده شده از یون های Ar یا Cr تعیین شد. جهت گیری ترجیحا کروم (110) توسط بمباران بستر شیشه مورد توجه قرار گرفت. کنترل جهت ترجیحی مهم است به عنوان مثال زمانی که فیلم های Cr به عنوان زیر لایه برای فیلم های مغناطیسی کبالت استفاده می شود، جایی که بافت Cr (200) مطلوب است.
فیلم نیترید کروم
فیلم های نیترید کروم دارای خواص خوردگی و خواص عالی و پایداری حرارتی بالا هستند. با توجه به ساختار ریز دانه و ساختار تنش کم، می توان فیلم های ضخیم (چندین ضخامت 10 میکرومتر) را به توپ گذاشت. این واقعیت همراه با آن CrN کمتر شبیه TiN است، اما هنوز هم کاملا سخت است، باعث می شود که CrN برای حفاظت از سطح در بستر های نسبتا نرم مانند آلومینیوم و فولاد ضد زنگ مناسب تر باشد. چسبندگی به فولاد اغلب خوب است، اما می توان آن را با یک لایه کروی متوسط افزایش داد. پوششهای Stoichiometric یا نزدیک به Stoichiometric CrN دارای ساختارهای NaCl مکعبی هستند. با محتوای نیتروژن کم، فازهای Cr 2 N سخت شش ضلعی ممکن است ظاهر شود. کروم یک فلز کمتر واکنشی نسبت به تیتانیوم است و این موضوع برای PVD واکنش پذیر است. فشار بخار نیتروژن مورد نیاز برای ایجاد فیلم های CrN نانوذرات بیشتر از TiN استوشیومتری است. خواص معمول یک پوشش تجاری سختی 1750 HV و ثبات حرارتی تا 700 درجه سانتیگراد است.
پایداری حرارتی بالا، پوشش های CrN را بسیار مناسب برای حفاظت از سایش و خوردگی در فرآیندهای کاری در دمای بالا، به عنوان مثال در ریخته گری تحت فشار. نمونه هایی از اجزای پوشش دهنده CrN عبارتند از قالب های پلاستیکی، قالب های اکستروژن و ابزارهایی برای ماشینکاری و قالب سازی سرد فلزات به عنوان Cu و Ti.
روش های رسوب گذاری مشترک برای فیلم های CrN عبارتند از اسپکترومغناطیسی مگنترون واکنشی و تبخیر قوس. برای بررسی اثر هدایت ترجیحی بر خواص مکانیکی پوشش های CrN، از اسپکتروم مغناطیسی DC استفاده شد. دو پوشش در مجموع فشار 0.27 Pa (2 mTorr)، جریان هدف 2.5 A، OEM کنترل جریان N 2 و در ولتاژ های مختلف تقاطع DC a) 70 V و b) 120 V تولید شد. میزان رسوب تقریبا ~ 18 و ~ 28 نانومتر بر دقیقه. فیلم های حاصل a) CrN با جهت گیری ترجیح داده شده از (200)، ساختار ستون و سختی 2300 HV و b) Cr 2 N با جهت گیری ترجیح از (111)، ساختار متراکم و سختی نسبتا بالاتر (2400 HV) اما با چسبندگی ضعیف به زیربنهای فولادی (SKD11).
رسوب بالاي CrN x توسط اسپکترومغناطيسي مگنترون DC با تغيير پذيري DC، توسط Nam و همکاران مورد مطالعه قرار گرفت. این فیلم ها با چگالی قدرت هدف 13 وات / سانتی متر در فشار آرگون ثابت 0.24 Pa (1.8 mTorr) و جریان نیتروژن متغیر از 0 تا 45cmccm و ولتاژ بایاس متغیر است. این امر امکان کنترل ریزساختار و ترکیب فاز فیلم های CrN x را فراهم کرد. حداکثر میزان رسوب برای کریستال 2 N (210 و 89 درصد برای رسوب کروم خالص) 210 نانومتر بر دقیقه بود و حداکثر سختی 2250 کیلوگرم بر میلی متر (Knoop) برای CrN + Cr مخلوط شده بود. همان گروه همچنین مطالعه خواص فیلم های CrN x که در میزان رسوب متفاوت قرار دارند، انجام شده است. در این مطالعه از یک ولتاژ تعویضی ثابت -100V و فشار آرگون ثابت 0.2pp (1.5mTorr) استفاده شد و از چگالی های هدف 5، 10 و 13.2 w / cm 2 استفاده شد و جریان نیتروژن از 0 تا 160 sccm آنها نتیجه گرفتند که میزان رسوب CrN به طور خطی با تراکم قدرت هدف (max 430 nm / min در 13.2 W / cm 2 ) افزایش یافته است و استرس فیلم از افزایش کشش به فشرده با افزایش میزان رسوب تغییر یافته است. علاوه بر این، بالاترین سختی و بهترین چسبندگی برای فیلم با بالاترین تراکم قدرت هدف به علت استرس فشرده و تحرک بالای آداپتورها یافت شد.
ابزار کاربید پوشش داده شده با فیلم های Cr x N y توسط دستگاه اسپکترومغناطیسی مگنترون در ماشینکاری چوب مورد آزمایش قرار گرفته است. برای تجزیه و تحلیل ساختاری و شیمیایی فیلم ها بر روی زیربخش Si پوشیده شده است. رسوب ها در نیروهای RF 450 W و 650 W و فشار کلی متغیر از 0.1 تا 1 Pa ساخته شد. زمان رسوب گذاری بین 15 تا 80 دقیقه با حداکثر میزان رسوب 4.4 μm / h (73 nm / min) برای Cr 2 N. فیلم های Cr 2 N ساختار ستون را داشتند در حالی که فیلم های CrN به نظر می رسید بدون ظاهر با حداکثر سختی 2100 HV. فیلم های Cr 2 N سخت تر، اما کمتر از فیلم های CrN یافت می شود.
یک اسپکترومغناطیسی مگنترون RF نیز برای مطالعهی فیلمهای CrN x که درون محدوده فشار ناشی از فشار نسبی 0.005 تا 30 Pa قرار داشتند، که خواص شیمیایی و مکانیکی آن تجزیه و تحلیل شد، مورد استفاده قرار گرفت. قدرت هدف ثابت باقی ماند در 300 وات (چگالی هدف هدف 6.8 W / cm 2 ) و فشار ثابت پارس Ar در 0.3 PA استئوشیومتر Cr 2 N برای فشار بخار نیتروژن بین 02.02 و 04.04 Pa و CrN استئوشیومتر برای 0.3 Pa به دست آمد، در حالی که برای سایر فشارها، CrN و Cr 2 N فاز مخلوط شدند. نتیجه گیری این بود که محتوای نیتروژن در فیلم های CrN x می تواند با تغییر فشار نیتروژن جزئی، اما نه به طور مستقل از میزان رسوب و ریزساختار کنترل شود. فیلم های Cr 2 N بسیار سخت بود (27.1 GPa) و سخت (E = 348 GPa)، CrN تک فاز تقریبا به اندازه کروم 2 N بود اما الاستیسیته (E = 300 GPa) و نرخ رسوب پایین تر بود.
خواص ریزساختاری و خواص مکانیکی فیدرهای نیترید کروم که در زیربنای فولادی با سرعت بالا با تبخیر قوس واکنشی سپرده شده اند، توسط Oden و همکاران مورد بررسی قرار گرفت. فیلم های ضخیم با ضخامت 10 میکرومتر برای 220 دقیقه در فشار نسبی نیتروژن 8 پوند و تعصب های منفی سوبسترا از 20 تا 400 V قرار داده شد. میکروساختار این فیلم ها متراکم و ستون بود، جهت گیری ترجیحی CrN (220) و CrN (220) ضریب بافت با افزایش تعجب منفی تا 200V افزایش یافته است. حداکثر نانوذرات 29 GPa برای انحراف سوبسترا -100 V رسیده است.
پوشش های CrN برای یک نرم افزار اختصاصی، ابزار برش برای ماشینکاری مس، توسط یک کربن کاتد کربن یون تولید شده است. این فیلم ها در فشار جزئی نیتروژن 4 Pa و منحرفی های منفی سوپروایس منفی 0 - 200 V قرار گرفتند. جهت گیری ترجیح داده CrN (111) و ساختار میکرو متراکم و ستون بود. اندازه دانه با افزایش تعصب کاهش می یابد و حداکثر سختی ویکرز برای انحراف از 100 و همچنین حداکثر استرس باقی مانده فشاری به دست می آید. تست های عملکرد برش نشان می دهد که سختی فیلم و استرس باقی مانده نمی تواند به عنوان یک اندازه گیری عملکرد در میلز مس مورد استفاده قرار گیرد.
