TiCN Coating بر اساس جوش برقی خلاء یونی
Jan 09, 2018| روش های آماده سازی پوشش TiCN
از سال 1985، پس از انتشار Knotke اولین تحقیق در مورد تکنولوژی پوشش TiCN منتشر شد، مردم ابراز علاقه شدید به مقاومت بالا اکسیداسیون دما و عملکرد نرم افزار خوب، و تا به حال فن آوری های مختلف از نظر فیزیکی فیزیکی توسعه یافته است. در حال حاضر، سه روش تهیه پوشش TiCN وجود دارد که عبارتند از: روش پاشش یون نشتی مگنترون، روش اسپری پرتو فرابنفش و روش چند منظوره یون سازی، که در آن روش آبکاری یون های اسپکترومغناطیسی و روش چند منظوره یون پوشش گسترده ای استفاده و کم هزینه
پراکندگی یونهای اسپکترومغناطیسی.
تکنولوژی اسپکترومغناطیسی مغناطیسی در اوایل دهه 1970 توسعه یافت و به عنوان عمیق تر شدن فن آوری و تحقیق، به طور گسترده ای در صنعت صنعتی برق، فیلم نوری و انرژی، صنعتی مکانیکی و غیره مورد استفاده قرار گرفت و تبدیل به یکی از رایج ترین تدارکات TiCN شد روش های فیلم در فرایند پوشش، یونهای Ti با استفاده از یونهای Ar ایجاد شده توسط ترشح انفجار گاز Ar به بمباران هدف Ti تولید می شوند و توسط شتاب الکترواستاتیک پرواز به قطعه کار و در نتیجه فیلم رسوب تولید می شود. این روش دارای نرخ رسوب بالا، ضخامت یکنواختی فیلم، و پوشش یونی می تواند توان ترکیب ترکیب پوشش و بستر را بهبود بخشد و ساختار فیلم را متراکم سازد. در عین حال، اهداف حساس به آلودگی و کم شدن میزان رسوب در فرایند پوشش، ضعف اصلی آن است. یافته شده است، هنگامی که فشار بخشی از کربن و نیتروژن افزایش می یابد، میزان رسوب کاهش می یابد.
پوشش یون چند قوسی
پوشش یون چند قوسی متعلق به یک روش بهبود یافته یون، که در ابتدا توسط شوروی ها در اوایل دهه 1980 توسعه یافت، اولین بار توسط Multi Arc انجام شد. اصل اصلی استفاده از منبع هدف فلز به عنوان کاتد است، تخلیه توسط قوس بین پوسته آند و ایجاد تبخیر هدف و یونیزاسیون، تشکیل پلاسما فضایی، و پس از آن قرار دادن پوشش بر روی قطعه کار. در مقایسه با سایر تکنولوژی های غشایی، مزیت این است که کاتد پلاسما را به طور مستقیم تولید می کند و هدف کاتد را می توان بصورت خودسرانه مرتب کرد، که به طور قابل توجهی ساده تر از نمونه ی نمونه است. علاوه بر این، انرژی ذرات حادثه چند شاخه ای بالا است، نرخ یونیزاسیون می تواند به 60٪ ~ 80٪ برسد، تراکم غشا بالا است، قدرت و دوام خوب است، رابط فیلم و ماتریکس آسان است برای تولید انتشار اتمی و چسبندگی فیلم خوب است.
تکنیک انعطاف پذیایی با استفاده از یون های خلاء از فیلد الکترومغناطیس پلاسما برای فیلتر کردن استفاده می کند که می تواند ذرات بزرگ را به طور موثر کاهش یا حذف کند. در مقایسه با پوشش کروی معمولی کروماتوگرافی، کروماتوگرافی قوس کروم پوشش ذرات جامد بدون هیچ گونه ناخالصی، ساختار یکنواخت و متراکم است و قادر به برآورده شدن نیازهای فیلم و میکرو الکترونیک است. بعضی از معایب به منبع قوس فیلتر شده نیز وجود دارد، یعنی قطر پرتو کوچک است، معمولا کمتر از 200 نانومتر است و مشکل ساختن آرایه منبع چند قوسی، ساختن تولید انبوه منطقه بزرگ نیست و انتقال بهره وری بالا نیست، بازده حداکثر انتقال از ساختار خم تقریبا حدود 30٪، جریان یون فقط 2٪ تا 3٪ از جریان قوس است.
تأثیر جریان گاز بر ساختار پوشش
تغيير فشار نسبي N 2 (جريان) موجب افزايش تراکم و انرژي يوني نيتروژن گرد و غبار مي شود که با تلفيق با اتم فلومي اثر مي گذارد و باعث مي شود که تغيير جهت گيري رشدي مورد نظر انجام شود و در نتيجه تأثير پوشش را تحت تأثير قرار دهد. Reserachers دریافت که در شرایط فشار کلی 0.8Pa و Ar جریان 20Sccm، زمانی که جریان نیتروژن کمتر از 6Sccm جهت گیری ترجیح داده شده است (111)، زمانی که جریان نیتروژن بیش از 6Sccm، (111) شدت پیک کاهش می یابد، و (200 ) اوج شدت افزایش می یابد، عمدتا به این دلیل است که در ساختار fcc-TiCN، (111) سطح انرژی سطح هوا کم است، در زیر اتم های جریان نیتروژن کم، مهاجرت به هواپیما (111)، با افزایش جریان نیتروژن، نرخ مهاجرت اتمی کاهش می یابد، اما (200) سطح کریستال با انرژی سطح بالای چگالی بالایی دارد و فاصله انتشار آن از نقاط شبکه کم انرژی کوتاه است و به رشد کریستال ترجیحی در طول سطح کریستال 200 کمک می کند. Reserachers دریافت که زمانی که جریان نیتروژن 1sccm است، نمونه های به دست آمده ساختار آمورف، زمانی که جریان نیتروژن بیش از 2sccm است، ساختار ستون در فیلم، مرز دانه وجود دارد، زمانی که جریان نیتروژن به 6sccm افزایش می یابد، فیلم متراکم است، و به ترتیب ترجیح می دهد که ریزساختار ایزوتروپیک و پالایش دانه، عمدتا به دلیل افزایش جریان نیتروژن، نرخ مهاجرت اتمی کاهش می یابد، سطح غشا در پتانسیل شیمیایی محلی تغییر می کند. محققان دریافتند که با افزایش جریان نیتروژن، دانه در فیلم جمع شده کمتر است، سطح آن متراکم و صاف است، زبری به تدریج کاهش می یابد تا ثابت شود.
در حال حاضر، منبع کربن مورد استفاده در تهیه TiCN محققان، گاز C 2 H 2 یا CH 4 به طور عمده است، زیرا TiN و TiC، ساختار مکعبی چهره محور نوع NaCl هستند، شعاع اتم N و اتم C بسیار نزدیک است، N 0.071nm است، C 0.077nm است، این دو می تواند جایگزین متقابل برای تشکیل مواد تک فاز TiC (N) و یا از TiN (C). در شرایط خاص، ممکن است ساختار دو مرحله ای ظاهر شود. در طیف پراش XRD، قله آنها بسیار نزدیک و حتی برخی از همپوشانی است که در نتیجه پیچیدگی تجزیه و تحلیل فاز است، بنابراین معمولا به عنوان TiCxN1-x نوشته می شود.
عوامل موثر در عملکرد پوشش TiCN
درجه حرارت
کیفیت پوشش TiCN به طور عمده تحت تاثیر عوامل فرآیند مانند ترکیب، دما و جو قرار دارد. دما ماتریس مختلف سبب ایجاد اندازه، شکل، ساختار دانه کاملا متفاوت خواهد بود. دمای رسوب خیلی زیاد است و سرعت رسوب خیلی سریع باعث می شود که کریستال پوشش داده شده ضخیم شود و کیفیت پوشش را تحت تأثیر قرار دهد. دمای رسوب خیلی کم است، به طوری که رسوبات متخلخل و شل ایجاد می شود، که بر قدرت اتصال پوشش و ماتریکس تأثیر می گذارد. بنابراین انتخاب منطقی درجه حرارت یک شرط لازم برای به دست آوردن پوشش با کیفیت بالا است. Mc.Cormell و غیره پوشش TiCN روی فولاد ضد زنگ با روش PVD، از جمله سختی آن، استحکام باند و ضریب اصطکاک تغییر نمی کند زمانی که درجه حرارت کمتر از 250 ℃ باشد. پس از درمان حرارت 450 ℃ به نمونه ها، ضریب اصطکاک پوشش TiCN برابر 0.2 قبل از 250 ℃ و تا 0.3 در 250 ℃ است، اما هنوز هم کمتر از ضریب اصطکاک TiN، به این دلیل است که در پوشش TiCN C نقش روانکاری ایفا کرده است. مطالعات نشان می دهد که وقتی دمای کمتر از 200 درجه سانتی گراد است، ضریب اصطکاک و نرخ سایش پوشش TiCN با افزایش دمای افزایش می یابد.
تعصب پرتاب شده
وجود خلط پالسی نقش مهمی در کاهش قطرات و بهبود کیفیت پوشش دارد. تعصب منفی جذب قطعه کاری قطعه شارژ مثبت می تواند یون های تیتانیوم را در نزدیکی هدف کاتد باعث شتاب پرواز، افزایش احتمال برخورد با نیتروژن در پلاسما و قطرات و در عین حال افزایش قدرت اتصال تیتانیوم و نیتروژن. در صورت حفظ ثابت فشار خلاء، جریان نیتروژن با افزایش تعصب منفی افزایش می یابد، اما محتوای نیتروژن در فیلم با افزایش تعصب منفی کاهش می یابد. این به طور عمده توانایی اتصال Ti-Ti قوی تر از Ti-N است و با افزایش تعصب منفی، توانایی دوباره تلرانس تیتانیوم قوی تر از نیتروژن است. علاوه بر این، با افزایش تعصب، ذرات پلاسما، ذرات انرژی را به تغییر ماتریس می رسانند، که بر ساختار سازمانی فیلم تأثیر می گذارد.
جریان الکتریسیته
با توجه به دیدگاه برنامه تولید صنعتی، افزایش جریان قوس می تواند باعث افزایش بهره وری و سختی فیلم و مقاومت در برابر سایش شود. افزایش جریان قوس، بدین معنی است که دمای کلی هدف افزایش می یابد، قطر های مربوطه افزایش می یابد و اندازه قطره نیز افزایش می یابد.
افزایش قطرات و اندازه قطره به ناچار منجر به کاهش مقاومت خوردگی فیلم، به خصوص قطرات قطرات قطره، با حدود 1/3 در فیلم در جهت ارتفاع و از سوراخ کوچک نامنظم در پایین. هنگام برخورد با مواد خورنده مانند اسید و قلیایی و غیره، این سوراخ ها فورا فرسوده شده و سوراخ سوزنی شکل ایجاد می کنند، بنابراین وجود آنها دلیل اصلی مقاومت خوردگی پوشش می باشد. بنابراین، در کاربرد عملی، برای هماهنگی تناقض بین افزایش جریان قوس و قطره، می توان برخی از روش های بهینه سازی شده مانند افزایش منطقه تبخیر هدف، تقویت اثر خنک کننده هدف یا طراحی جدید قوس جدید که می تواند مهار قطرات تولید کنید.
