Изследване на методите и свойствата на тънки тънки филми, направени от средно честотна магнитонова разпрашваща технология

Използвайки IF небалансирана магнетронна технология за йонно покритие, за да се направи TiAlN тънък слой върху циментиран карбид YG6. Използваха се тестовете XRD, EDS, стереомикроскоп, тест за микрокръстосване и многофункционален тестер за повърхностни свойства за изследване на структурата и свойствата на композитите. Резултатите показват, че когато целевата мощност е ниска, филмният слой съществува под формата на TiN и TiC. Предпочитаемата ориентираща повърхност (111) и микроорганизма на TiN са свързани с напрежението на пристрастие. Когато целевата мощност е висока, филмът съдържа предимно Ti3AlN и AlN фази. Фазата Ti3AlN е преференциално ориентирана по равнината (220), филмовата структура е гъста и равномерна и съотношението на N атомите към металните атоми е близко до 1: 1, дебелината на филма е 1,93 μm, микроструктурата е 3145HV и свързващата сила е 85N.

С развитието на науката за материалите, прилагането на тънкослойни материали става все по-широко. TiAlN филмът е нов тип многослоен материал за покриване на тънък слой, който е бил успешно развит през последните години. Той има отлични свойства като висока твърдост, висока температура на окисляване, добра термична стабилност, силна адхезия, нисък коефициент на триене, ниска топлопроводимост и др. Той се използва широко в инструменталната индустрия, особено за ефикасно рязане на различни трудни за машина материали. Също така TiAlN се очаква да частично или напълно замени TiN покрития. В тази статия се приготвят TiAlN тънки филми върху твърда сплав YG6 със средна честотна магнетронна разпрашаваща технология. Формалната фаза, морфологията на повърхността и фрактурата, съставът и основните свойства на тънките филми бяха измерени чрез XRD, SEM, EDS, стерео микроскоп, тест за микрочистване и тест за надраскване.

1. Тестови материали и методи

1.1. Тестови материали

YG6 циментиран карбид се подбира като субстратна проба, чиста целева Ti и алкална мишена (чистота е 99,99%). Работният газ е аргон (чистота> 99,999%), а реакционният газ е азот (чистота> 99,999%).

Фазовата структура на фолиото се анализира чрез рентгенов дифракционен анализатор DX-1000, повърхността на филма се наблюдава от сканиращото огледало S-3400N, твърдостта на филма се тества от тестер за цифрова микрохирургия HVS-1000 и филмът базираната сила на залепване на фолиото се изпитва чрез тестер за производителност на повърхността на материала MFT-4000.

1.2. Приготвяне на TiAlN филми

Пробите от субстрата се почистват в ултразвукова машина за отстраняване на мазнини, прах и оксидни филми и след това се изсушават след дехидратиране с алкохол. Изпомпване на вакуума до 6,7 × 10-3 Ра и загряване до 500 ° С. След това започнете да правите покрития след почистване на основата с аргонов йон с високо налягане 1000 V. Първо, отложете TiN преходен слой. След това се отлага и се приготвя TiAlN филм с парциално налягане на азота е 0.3 х 10-1 Ра. Таблица 1 показва параметрите на процеса на отлагане за получаване на TiAlN тънки филми.

Таблица 1. Параметри на отлагане на филма TiAlN

2. Заключение

TiAlN тънък филм се приготвя успешно върху субстрат със сплав от сплав чрез средночестотна магнетронна разпрашаваща технология и се анализират неговата фазова структура, морфология и основни свойства. Изводите са, както следва:

(1) Резултатите от анализа на XRD показват, че филмът съществува главно под формата на TiN и TiC при ниската целева мощност на Al и предпочитаната равнина на ориентиране на TiN е (111). Фазата на TiC е причинена от частичното заместване на С атоми в субстрат за N атоми в TiN. Филмовият слой има главно под формата на Ti3AlN и AlN под висока целева мощност на Al, Ti3AlN фазата е преференциално ориентирана по протежение на (220) кристалната равнина, AlN фазата е преференциално ориентирана по кристалната равнина (002) и пиковете на двете фази имат различна степен на разширяване и промяна. Това се дължи главно на решетките на решетките, причинени от частичното заместване на А1 атомите в AiN от Ti атоми.

(2) Резултатите от морфологичния анализ на фрактурите показват, че филмът е плътно свързан със субстрата, структурата на филма е гъста и равномерна и има ясен интерфейс с матричната фаза. Тъй като целевата мощност на Al се увеличава, броят на частиците и разпръскващата енергия се увеличават, така че скоростта на отлагане се увеличава, дебелината на филма се увеличава и дебелината на филма може да достигне 1,93 цт.

(3) Резултатите от анализа на повърхностната композиция на EDS показват, че с увеличаването на целевата мощност на А1 кристалинността на филма се увеличава, съдържанието на А1 във филмовия слой се увеличава, докато съдържанието на Ti се понижава. Основният компонент на филмовия слой е метален нитрид, чието съотношение на N атоми към метални атоми е близо до 1: 1.

(4) Тестът за микроорганизма показа, че при ниската целева мощност на А1 микроорганизмът на филма се увеличава първо и след това намалява с увеличаването на отрицателното отклонение на субстрата и микроорганизма достига 2391 HV. При висока целева мощност на Al, микроструктурата на филма може да достигне 3145 HV, което се дължи главно на решетката на решетката, причинена от образуването на твърда фаза Ti3AlN и на Ti-атомите, заместващи А1-атомите в AlN. Тестът на свързващата сила показва, че силата на свързване може да достигне 85 N, тъй като образуването на твърда фаза на TiN-отложения преходен слой и Ti3AlN и прилагането на DC насложена импулсна технология притискат зърното и намаляват напрежението на ламиниране на филма за подобряване на мембраната базирана сила на свързване.