Студија о методама и својствима Тиалн танки филмови направљени средњом фреквентном магнетном распршивачком технологијом

Коришћењем ИФ небалансираног магнетрон спуттеринг технологије за наношење јонских плоча, чинећи ТиАлН танку фолију на цементираном карбидном подлогу ИГ6. За испитивање структуре и својстава композита коришћени су КСРД, ЕДС, стереомикроскоп, тестер микрохардности и вишефункционални тестер површине. Резултати показују да када је циљна снага ниска, филмски слој постоји у облику ТиН и ТиЦ. Преференцијална оријентациона површина (111) и микрохрдрост ТиН-а су повезани са напоном пристраности. Када је циљна снага висока, филм углавном садржи фазе Ти3АлН и АлН. Фаза Ти3АлН је преферентно оријентисана дуж равни (220), структура филма је густа и равномерна, а однос Н атома до метала је близу 1: 1, дебљина филма је 1,93 μм, микрохрдрост је 3145ХВ а везна сила је 85Н.

Уз развој науке о материјалима, примена танких филмских материјала постала је свеобухватнија. ТиАлН филм је нови тип мулти-елемента танког слоја премаза који је успешно развијен у посљедњих неколико година. Има изврсна својства као што су висока тврдоћа, висока температура оксидације, добра термичка стабилност, снажна адхезија, коефицијент ниског трења, ниска топлотна проводљивост итд. Широко се користи у индустрији алата, посебно за ефикасно сечење различитих тешких машина материјали. Такође, очекује се да ТиАлН делимично или потпуно замени ТиН премазе. У овом раду, ТиАлН танки филмови су припремљени на тврдој легури ИГ6 средњом фреквентном магнетронском спуттеринг технологијом. Фазна структура, морфологија површине и прелома, композиција и главна својства танких филмова мерене су КСРД, СЕМ, ЕДС, стерео микроскопом, тестером микрохарде и тестером за гребање.

1. Материјали и методе испитивања

1.1. Испитни материјали

ИГ6 цементни карбид је одабран као узорак супстрата, чиста Ти мета и Ал мета (чистоћа 99.99%) се користе као катодне мете. Радни гас је аргон (чистоћа> 99,999%), а реакциони гас је азот (чистоће> 99,999%).

Фазна структура филма анализирана је анализатором дифракције ДКС-1000, површина филма је примећена у огледалу С-3400Н, тврдоћа филма је тестирана помоћу тестера ХВС-1000 дигиталне микрохарде, а филм на бази сонде на филму тестира тестер перформанси површине МФТ-4000.

1.2. Припрема филма ТиАлН

Узорци супстрата се чисте у ултразвучној машини за уклањање масти, прашине и оксидних филмова, а затим се осуше након дехидрације са алкохолом. Пумпа вакуум на 6,7 × 10-3 Па и загревање на 500 ° Ц. Затим почињу да наносе премазе након чишћења подлоге са 1000 В високим притиском аргона. Прво, депонује ТиН транзициони слој. Затим, наношење и припремање ТиАлН филма са парцијалним притиском азота је 0,3 × 10-1 Па. Табела 1 приказује параметре процеса депозиције за израду танких филмова ТиАлН.

Табела 1. Параметри депозиције филма ТиАлН

2. Закључак

Танка плоча ТиАлН је успјешно припремљена на цементираном карбидном подлогу помоћу технологије средњег фреквентног магнетронског распршивања, а анализирана је његова фазна структура, морфологија и главна својства. Закључци су следећи:

(1) Резултати КСРД анализе показују да филм углавном постоји у облику ТиН и ТиЦ при ниској ал циљној моћи, а пожељна оријентациона равнина ТиН је (111). Фаза ТиЦ је узрокована делимичном заменом Ц атома у супстрату за Н атоме у ТиН. Филмски слој углавном постоји у облику Ти3АлН и АлН под високом циљном снагом Ал, Ти3АлН фаза је преферентно оријентисана дуж (220) кристалне равни, АлН фаза је преферентно оријентисана дуж равне кристала (002), а врхови две фазе имају различите степене ширења и промене. Ово је углавном због дисторзија решетке која је изазвана делимичном заменом Ал атома у АиН помоћу Ти атома.

(2) Резултати анализе морфологије прелома показују да је филм чврсто повезан са супстратом, структура филма је густа и равномерна и постоји јасан интерфејс са фазом матрице. Како се повећава циљна моћ Ал, број честица и енергија спутања повећавају, тако да се стопа депозиције повећава, дебљина филма се повећава, а дебљина филма може да достигне 1,93 μм.

(3) Резултати анализе састава површине ЕДС-а показују да се с повећањем снаге циља Ал повећава кристалинитет филма, садржај Ала у слоју филма се повећава док се садржај Ти смањује. Главна компонента слоја филма је метал нитрид чији је однос Н атома до метала атома близу 1: 1.

(4) Тест микрохардности показао је да се при ниском напону ала на микрохардишту филм прво повећава, а затим се смањује са повећањем негативног одступања супстрата, а микрохрдрост достиже 2391 ХВ. При високој циљној моћи Ал, микрохардност филма може да достигне 3145 ХВ, што је углавном због дисторзије решетке узроковане стварањем Ти3АлН тврде фазе и Ти атома који замењују Ал атоме у АлН. Тест везивања сила показује да сила повезивања може да достигне 85 Н, јер формирање тврде фазе ТиН-депонованог транзиционог слоја и Ти3АлН, као и примена ДЦ суперимпосед импулсне преднапонске технологије, пречишћава зрно и смањује напон ламинације филма како би се побољшала мембрана на бази сонде.