Studiul metodelor și proprietăților filmelor subțiri Tialn realizate de tehnologia de pulverizare cu frecvență medie Magnetron

Utilizarea unei tehnologii de placare cu ioni de pulverizare cu magnetron dezechilibrat pentru a face TiAlN film subțire pe un substrat de carbură cimentată YG6. Aparatele de testare XRD, EDS, stereomicroscop, tester de microduritate și tester multifuncțional de proprietăți de suprafață au fost utilizate pentru a studia structura și proprietățile compozitelor. Rezultatele arată că atunci când puterea țintă este scăzută, stratul de film există sub formă de TiN și TiC. Suprafața de orientare preferențială (111) și microduritatea TiN sunt legate de tensiunea de polarizare. Atunci când puterea țintă este mare, filmul conține în principal fazele Ti3AlN și AlN. Faza Ti3AlN este orientată preferențial de-a lungul planului (220), structura peliculei este densă și uniformă, iar raportul dintre atomii de N și atomii de metal este aproape de 1: 1, grosimea filmului este de 1,93 pm, microduritatea este 3145HV iar forța de legare este 85N.

Odată cu dezvoltarea științei materialelor, aplicarea materialelor de film subțire a devenit din ce în ce mai extinsă. Filmul TiAlN este un nou tip de material de acoperire cu strat subțire multi-element care a fost dezvoltat cu succes în ultimii ani. Are proprietăți excelente, cum ar fi duritatea ridicată, temperatura de oxidare ridicată, stabilitatea termică bună, aderența puternică, coeficientul scăzut de frecare, conductivitatea termică scăzută etc. Se utilizează pe scară largă în industria sculelor, în special pentru tăierea eficientă a diferitelor mașini greu accesibile materiale. De asemenea, este de așteptat ca TiAlN să înlocuiască, parțial sau complet, acoperirile TiN. În această lucrare, filmele subțiri TiAlN au fost preparate pe YG6 din aliaj dur prin tehnologie de pulverizare cu magnetron de medie frecvență. Structura de fază, morfologia suprafeței și a fracturilor, compoziția și proprietățile principale ale filmelor subțiri au fost măsurate prin XRD, SEM, EDS, microscop stereo, tester de micromediu și tester de zgârieturi.

1. Materiale și metode de testare

1.1. Materiale de testare

Carbidul cimentat YG6 este selectat ca o probă de substrat, ținta Ti pură și ținta Al (puritatea este 99,99%) sunt utilizate ca ținte catodice. Gazul de lucru este argon (puritate> 99,999%), iar gazul de reacție este azot (puritate> 99,999%).

Structura de fază a filmei este analizată prin analizor de difracție cu raze X, suprafața filmei este observată prin oglinda de scanare S-3400N, duritatea filmului este testată de testerul digital de hârtie HVS-1000 și filmul - forța de aderență bazată pe film este testată de testerul de performanță pentru suprafața materialului MFT-4000.

1.2. Pregătirea filmelor TiAlN

Probele de substrat se curăță într-o mașină cu ultrasunete pentru a îndepărta filmele de grăsime, praf și oxid și apoi se usucă după deshidratare cu alcool. Pomparea vidului la 6,7 x 10-3 Pa și încălzirea la 500 ° C. Apoi începeți să faceți acoperiri după curățarea substratului cu ioni de argon de înaltă presiune de 1000 V. În primul rând, depuneți un strat de tranziție TiN. Apoi, depunerea și pregătirea unui film TiAlN cu presiunea parțială a azotului este de 0,3 x 10-1 Pa. Tabelul 1 prezintă parametrii procesului de depunere pentru realizarea filmelor subțiri TiAlN.

Tabelul 1. Parametrii depunerii filmului TiAlN

2. Concluzie

Filmul subțire TiAlN a fost pregătit cu succes pe substratul de carbură cimentată prin tehnologia de pulverizare cu magnetron de medie frecvență, iar structura sa de fază, morfologia și proprietățile principale au fost analizate. Concluziile sunt următoarele:

(1) Rezultatele analizei XRD arată că filmul există în principal sub formă de TiN și TiC la puterea țintă Al scăzută, iar planul de orientare preferat al TiN este (111). Faza TiC este cauzată de substituția parțială a atomilor C în substrat pentru atomii de N în TiN. Stratul de film există în principal sub formă de Ti3AlN și AlN sub o forță mare de țintire Al, faza Ti3AlN este orientată preferențial de-a lungul planului cristalin (220), faza AlN este orientată preferențial de-a lungul planului cristal (002) și vârfurile cele două faze au grade diferite de lărgire și de schimbare. Acest lucru se datorează în principal distorsiunilor din zăcământ care au provocat înlocuirea parțială a atomilor de Al în atomul de azot cu atomii de Ti.

(2) Rezultatele analizei morfologiei fracturii arată că filmul este strâns legat de substrat, structura filmului este densă și uniformă și există o interfață clară cu faza de matrice. Odată cu creșterea puterii Al, numărul de particule și energia de pulverizare crește, astfel crește rata de depunere, crește grosimea filmului și grosimea filmului poate ajunge la 1,93 μm.

(3) Rezultatele analizei compoziției suprafeței EDS arată că, odată cu creșterea puterii țintă Al, crește cristalinitatea filmei, conținutul de Al în stratul de film crește în timp ce conținutul de Ti scade. Componenta principală a stratului de film este o nitrură metalică a cărei raport de atomi de N la atomi de metal este aproape de 1: 1.

(4) Testul de microduritate a arătat că, la puterea tinta Al scăzută, microduritatea filmei crește mai întâi și apoi scade odată cu creșterea părții negative a substratului, iar microduritatea ajunge la 2391 HV. La o putere mare a țintă Al, microhardința filmului poate ajunge la 3145 HV, care se datorează în principal distorsiunii zăbrelei cauzate de formarea fazei dure Ti3AlN și a atomilor de Ti care înlocuiesc atomii de Al în AlN. Testul de forță de legare arată că forța de legare poate ajunge la 85 N, deoarece formarea fazei dure a stratului de tranziție TiN și Ti3AlN și aplicarea tehnologiei de impulsuri suprapuse DC rafinatează cerealele și reduc eforturile de laminare a filmului pentru a îmbunătăți membrana pe baza forței de legare.