Tianna plāno plēvju metožu un īpašību izpēte, kas iegūta ar vidējas frekvences magnetronu izsmidzināšanas tehnoloģiju

Izmantojot IF nesabalansētu magnetronu izstarojošo jonu pārklāšanas tehnoloģiju, lai izveidotu TiAlN plāno plēvi uz cementēta karbīda substrāta YG6. Kompozītmateriālu struktūras un īpašību pētīšanai tika izmantoti XRD, EDS, stereomikroskopi, mikroskopības testeri un daudzfunkcionālās virsmas īpašības testeri. Rezultāti rāda, ka tad, kad mērķa jauda ir zema, plēves slānis ir TiN un TiC formā. TiN preferenciālās orientācijas virsma (111) un TiN mikrogatavība ir saistītas ar slīpo spriegumu. Ja mērķa jauda ir augsta, filma pārsvarā satur Ti3AlN un AlN fāzes. Ti3AlN fāze ir preferenciāli orientēta gar (220) plakni, plēves struktūra ir blīva un viendabīga, un N atomu attiecība pret metāla atomiem ir tuvu 1: 1, plēves biezums ir 1,93 μm, mikrošicums ir 3145HV un sasaistes spēks ir 85 N.

Ar materiālu zinātnes attīstību, plāno plēvju materiālu izmantošana ir kļuvusi arvien plašāka. TiAlN plēve ir jauna veida daudzelementu plānu pārklājumu materiāls, kas pēdējos gados ir veiksmīgi izstrādāts. Tai ir izcilas īpašības, piemēram, augsta cietība, augsta oksidēšanas temperatūra, laba termiskā stabilitāte, stipra saķere, zems berzes koeficients, zems siltuma vadītspēja utt. To plaši izmanto instrumentu industrijā, īpaši efektīvai griešanai dažādās sarežģītās mašīnas materiāli. Arī TiAlN paredzēts daļēji vai pilnībā aizstāt TiN pārklājumus. Šajā dokumentā TiHlN plānas plēves tika sagatavotas uz cietā sakausējuma YG6 ar vidējas frekvences magnetronu izsmidzināšanas tehnoloģiju. Fiziskās struktūras, virsmas un lūzuma morfoloģija, plāno plēvju sastāvs un galvenās īpašības tika mērītas ar XRD, SEM, EDS, stereomikroskopu, mikrošķiedes testeri un skrāpējuma testeri.

1. Testa materiāli un metodes

1.1. Testa materiāli

YG6 cementēts karbīds tiek izvēlēts kā substrāta paraugs, tīra Ti mērķa un Al mērķa (tīrība 99,99%) tiek izmantoti kā katoda mērķus. Darba gāze ir argons (tīrība> 99.999%), un reakcijas gāze ir slāpeklis (tīrība> 99.999%).

Filmas fāzes struktūru analizē ar DX-1000 rentgena staru difrakcijas analizatoru, filmas virsmu novēro S-3400N skenēšanas spogulī, filmas cietību pārbauda ar HVS-1000 digitālo mikrošķieda testeri un filmu Pamatojoties uz filmas stiprinājuma spēku, tiek pārbaudīts MFT-4000 materiāla virsmas darbības testeris.

1.2. TiAlN plēvju sagatavošana

Substrātu paraugus attīra ultraskaņas mašīnā, lai noņemtu taukus, putekļus un oksīda plēves, un pēc tam žāvēja pēc dehidrēšanas ar spirtu. Vakuuma sūknēšana ir 6,7 × 10-3 Pa un silda līdz 500 ° C. Pēc pamatnes tīrīšanas sākat pārklājumus ar 1000 V augstspiediena argona jonu. Pirmkārt, noguldīt TiN pārejas slāni. Tad nogulsnēšanās un TiAlN plēves sagatavošana ar slāpekļa parciālo spiedienu ir 0,3 × 10-1 Pa. 1. tabulā parādīti nogulsnes procesa parametri TiAlN plānajām plēvēm.

1. tabula. TiAlN plēves uzklāšanas parametri

2. Secinājums

TiAlN plānā plēve tika veiksmīgi sagatavota uz cementēta karbīda substrāta ar vidējas frekvences magnētiskās iztvaikošanas tehnoloģiju, un tika analizēta tā fāzes struktūra, morfoloģija un galvenās īpašības. Secinājumi ir šādi:

(1) XRD analīzes rezultāti rāda, ka filma pārsvarā pastāv TiN un TiC formā zemā Al mērķa jaudai, un TiN vēlamā orientācijas plakne ir (111). TiC fāzi izraisa daļēju C atomu aizstāšana substrātā N atomiem TiN. Filmas slānis pārsvarā eksistē Ti3AlN un AlN veidā ar lielu Al gala jaudu, Ti3AlN fāze ir orientēta uz kristāla plaknes (220) orientējošo virzienu, AlN fāze ir orientēta uz (002) kristāla plaknes virzienā, un virsmas abiem posmiem ir dažādas pakāpes paplašināšana un maiņa. Tas galvenokārt ir saistīts ar režģa izkropļojumiem, ko izraisījusi Al atomu daļēja nomaiņa Ti atomos AiN.

(2) Lūzumu morfoloģijas analīzes rezultāti rāda, ka plēve ir cieši saistīta ar substrātu, plēves struktūra ir blīva un viendabīga, un ir skaidra saskarne ar matricas fāzi. Tā kā Al mērķa jauda palielinās, palielinās daļiņu un putekļainās enerģijas daudzums, tādējādi palielinās nogulšņu skaits, plēves biezums palielinās un plēves biezums var sasniegt 1,93 μm.

(3) EDS virsmas sastāva analīzes rezultāti rāda, ka, paaugstinot Al mērķa jaudu, palielinās filmas kristalitāte, Al saturs plēves slānī palielinās, bet Ti saturs samazinās. Filmas slāņa galvenā sastāvdaļa ir metāla nitrīds, kura N atomu attiecība pret metāla atomiem ir tuvu 1: 1.

(4) Mikrošķiedes tests parādīja, ka zemā Al mērķa jauda, filmas mikrošlīgums palielinās vispirms, un pēc tam samazinās, palielinoties substrāta negatīvajai novirzei, un mikroskopība sasniedz 2391 HV. Augstas Al mērķa jaudas gadījumā filmas mikroturīgums var sasniegt 3145 HV, kas galvenokārt saistīts ar režģa deformāciju, ko izraisa Ti3AlN cietās fāzes veidošanās un Ti atomi, kas aizstāj Al atomus AlN. Sasaistes spēka pārbaude rāda, ka savienojošais spēks var sasniegt 85 N, jo TiN nogulšņu pārejas slāņa un Ti3AlN cietās fāzes veidošanās un DC pārslodzes impulsu novirzes tehnoloģijas pielietošana uzlabo graudu un samazina plēves laminēšanas stresu, lai uzlabotu membrānu balstīts saistošs spēks.