Štúdium metód a vlastností tenkých fólií Tialn vyrobených strednou frekvenciou Magnetron Sputtering Technology

Použitie IF nevyváženej technológie magnetrónového naprašovacieho iónu na výrobu TiAlN tenkého filmu na substráte zo spekaných karbidov YG6. Na skúmanie štruktúry a vlastností kompozitov sa použili testovacie prístroje XRD, EDS, stereomikroskop, tlmivosť a multifunkčný tester vlastností povrchov. Výsledky ukazujú, že keď je cieľová energia nízka, filmová vrstva existuje vo forme TiN a TiC. Prednostný orientačný povrch (111) a mikrotvrdosť TiN súvisia so skresleným napätím. Keď je cieľová sila vysoká, fólia obsahuje hlavne fázy Ti3AlN a AlN. Fáza Ti3AlN je prednostne orientovaná pozdĺž roviny (220), štruktúra fólie je hustá a rovnomerná a pomer atómov N k atómom kovov je blízko k 1: 1, hrúbka filmu je 1,93 um, mikrotvrdosť je 3145HV a spojovacia sila je 85N.

S rozvojom vedy o materiáloch sa aplikácia tenkých filmových materiálov stala čoraz rozsiahlejšou. TiAlN film je nový typ viacvrstvového tenkovrstvového náterového materiálu, ktorý sa v posledných rokoch úspešne rozvinul. Má výborné vlastnosti, ako je vysoká tvrdosť, vysoká oxidačná teplota, dobrá tepelná stabilita, silná priľnavosť, nízky koeficient trenia, nízka tepelná vodivosť atď. Je široko používaný v priemysle nástrojov, hlavne pre efektívne rezanie rôznych náročných strojov materiálov. Tiež sa očakáva, že TiAlN čiastočne alebo úplne nahradí TiN povlaky. V tomto dokumente boli na tvrdú zliatinu YG6 pripravené tenké filmy TiAlN strednou frekvenčnou technológiou naprašovania magnetrónov. Štruktúra fázy, morfológia povrchu a lomu, zloženie a hlavné vlastnosti tenkých vrstiev boli merané pomocou XRD, SEM, EDS, stereoskopického mikroskopu, testeru na mikroskopiu a testeru poškriabania.

1. Skúšobné materiály a metódy

1.1. Skúšobné materiály

YG6 cementovaný karbid je vybraný ako vzorka substrátu, čistý cieľ Ti a Al cieľ (čistota je 99,99%) sa používajú ako katódové ciele. Pracovným plynom je argón (čistota> 99,999%) a reakčným plynom je dusík (čistota> 99,999%).

Fázová štruktúra filmu sa analyzuje pomocou analyzátora rôntgenovej difrakcie DX-1000, povrch filmu sa pozoruje pomocou skenovacieho zrkadla S-3400N, tvrdosť filmu sa testuje pomocou digitálneho prístroja na testovanie mikroskopu HVS-1000 a film založená na spojovacej sile fólie sa testuje pomocou testovacieho zariadenia na meranie povrchovej plochy materiálu MFT-4000.

1.2. Príprava TiAlN fólií

Vzorky substrátu sa čistia v ultrazvukovom stroji na odstránenie tukových, prachových a oxidačných filmov a potom sa po dehydratácii alkoholom vysušia. Čerpanie vákua na 6,7 x 10-3 Pa a zahrievanie na 500 ° C. Potom začnite vytvárať povlaky po čistení podkladu s 1000 V vysokotlakovým argónom. Po prvé vložte TiN prechodovú vrstvu. Ďalej sa nanáša a pripraví TiAlN film s parciálnym tlakom dusíka 0,3 x 10-1 Pa. Tabuľka 1 znázorňuje parametre procesu nanášania na výrobu TiAlN tenkých vrstiev.

Tabuľka 1. Parametre nanášania TiAlN filmu

2. Záver

Tenký film TiAlN bol úspešne pripravený na substráte zo spekaných karbidov strednou frekvenčnou technológiou naprašovania magnetrónov a analyzovala sa jeho fázová štruktúra, morfológia a hlavné vlastnosti. Závery sú nasledovné:

(1) Výsledky analýzy XRD ukazujú, že film existuje hlavne vo forme TiN a TiC pri nízkej cieľovej sile Al a preferovanou orientačnou rovinou TiN je (111). Fáza TiC je spôsobená čiastočnou substitúciou atómov C v substráte pre atómy N v TiN. Filmová vrstva existuje hlavne vo forme Ti3AlN a AlN pod vysokým Al cieľovým výkonom, fáza Ti3AlN je prednostne orientovaná pozdĺž (220) kryštalickej roviny, AlN fáza je prednostne orientovaná pozdĺž (002) krištáľovej roviny a píky obe fázy majú rozdielne stupne rozšírenia a posunu. Je to spôsobené najmä deformáciami mriežky spôsobenými čiastočnou výmenou atómov Al v AiN atómami Ti.

(2) Výsledky morfologickej analýzy lomu ukazujú, že film je pevne spojený so substrátom, štruktúra filmu je hustá a rovnomerná a existuje jasné rozhranie s matricovou fázou. Keď sa zvyšuje cieľová energia Al, zvyšuje sa počet častíc a rozprašovača, takže sa zvyšuje rýchlosť depozície, hrúbka filmu rastie a hrúbka filmu môže dosiahnuť 1,93 um.

(3) Výsledky analýzy povrchovej kompozície EDS ukazujú, že s nárastom Al cieľovej sily sa kryštalinita filmu zvyšuje, obsah Al vo vrstve filmu sa zvyšuje, zatiaľ čo obsah Ti sa znižuje. Hlavnou zložkou vrstvy filmu je nitrid kovu, ktorého pomer atómov N k atómom kovov je blízko k 1: 1.

(4) Skúška mikrotvrdosti ukázala, že pri nízkej cieľovej sile Al sa mikrotvrdosť filmu najprv zvyšuje a potom sa znižuje so zvýšením negatívneho skreslenia substrátu a mikrotvrdosť dosahuje 2391 HV. Pri vysokej cieľovej sile Al môže mikrotvrdosť filmu dosiahnuť 3145 HV, čo je spôsobené predovšetkým skrúcaním mriežky spôsobenou tvorbou pevnej fázy Ti3AlN a atómami Ti, ktoré nahradia atómy Al v AlN. Test väzobnej sily ukazuje, že väzbová sila môže dosiahnuť 85 N, pretože tvorba tvrdých fáz prechodovej vrstvy nanášanej TiN a Ti3AlN a aplikácia DC superponovanej impulznej biasovej technológie spresňujú zrnitosť a znižujú napätie vrstvenia fólie na zlepšenie membrány založenej na väzbe.