Hroma filmas un hromija nitridu filmas
Jan 05, 2018| Hroma filmas
Cietie hroma pārklājumi ir bijuši ilgu laiku un var tikt izmantoti, lai palielinātu instrumentu un mehānismu sastāvdaļu, piemēram, virzuļu gredzenus, hidrauliskos cilindrus un veidnes, nodilumu un izturību pret koroziju. Ļoti plānas hroma filmas tiek bieži izmantotas dekoratīviem nolūkiem automašīnu vai mēbeļu nozarē. Vēl viens hroma pielietojums ir hromētas stikla maskas fotolitogrāfijai mikroelektronikas nozarē. Tradicionālā Cr uzklāšanas metode ir hromēšana, mitrā elektrolītiska metode. Tomēr šī metode izmanto heksavalentu hromu, kas ir kancerogēns, un tādēļ tas jāaizstāj ar veselības un videi draudzīgas nogulsnēšanās metodēm, piemēram, PVD metodi. Izkliedēta vai katodiska loka iztvaicēta Cr, CrN un CrC, bet arī hromu nesaturoši pārklājumi, piemēram, dimantu līdzīgs ogleklis (DLC), tiek uzskatīti par iespējamiem aizvietotājiem galvanizētajiem cietā hroma pārklājumiem liela mēroga rūpnieciskos lietojumos.
Hroma pārklājums ir diezgan lēns. Magnetronu pārpūlētajā Cr / CrN un Cr / Cr 2 N daudzslāņu pārklājumos hroma slāņi tika izplūst ar φ 150 mm magnetronu ar ātrumu 10 μm / h (≈170 nm / min) uz -20V neobjektīviem tērauda substrātiem pie mērķa strāvas 4 A (≈ 23 mA / cm 2).
Fruktozes veidošanos RF putekļainās Cr plēvēs iztirzājis Fenga et al. kur ir ierosināts modelis, kas balstās uz virsmas un starpsienu enerģijas minimizēšanu. Modelis tika pārbaudīts Cr segumos uz stikla pamatnes dažādos apstākļos. Plēvēm vienmēr bija Cr (110) tekstūra, nogulsnējot uz stikla virsmām istabas temperatūrā, bet, pirms 250 ° C uzkarsēšanas (110) vai (002) tekstūra tika noteikta ar Ar ioniem vai Cr atomiem uzkrātās enerģijas daudzumā. Paredzētā Cr (110) orientācija tika atbalstīta stikla substrāta bumbardēšanā. Ieteicamās orientācijas kontrole ir svarīga, piemēram, ja Cr plēves tiek izmantotas kā zemslāņa kobalta bāzes magnētiskās plēves, kur Cr (200) tekstūra ir vēlama.
Hroma nitrīda plēves
Hroma nitrīdu plēvītēs piemīt izcilas korozijas un nodiluma īpašības un augsta siltuma stabilitāte. Pateicoties smalku graudu un zemu stresa struktūru, ir iespējams uzklāt biezas (vairākas 10 μm) CrN plēves. Šis fakts kopā ar šo CrN ir mazāk trausls nekā TiN, bet joprojām ir diezgan grūti, padarot CrN piemērotāku virsmas aizsardzībai relatīvi mīkstos substrātos, piemēram, alumīnija sakausējumos un nerūsējošā tērauda. Saķere ar tēraudu bieži vien ir laba, bet to var uzlabot ar starpproduktu Cr-slāni. Stohiometriskie vai gandrīz stehiometriskie CrN pārklājumi satur kubiskās NaCl struktūras. Ar mazu slāpekļa saturu var parādīties grūtāki heksagonālie Cr 2 N fāzes. Hroms ir mazāk reaģētspējīgs metāls nekā titāns, un tas ir saistīts ar reaktīvo PVD. Nepieciešamais slāpekļa parciālais spiediens, lai veidotu stohichometriskās CrN plēves, ir lielāks nekā stohichometriskā TiN. Tirdzniecības pārklājuma tipiskās īpašības ir cietība 1750 HV un termiskā stabilitāte līdz 700 ° C.
Augsta termiskā stabilitāte padara CrN pārklājumus ļoti piemērotu nodilumam un korozijas aizsardzībai darba procesos pie paaugstinātām temperatūrām, piemēram, liešanā ar spiedienu. CrN pārklājumu sastāvdaļu piemēri ir plastmasas veidnes, ekstrūzijas griešanas un metālu apstrādes un aukstās formēšanas instrumenti kā Cu un Ti.
CrN plēvju kopējās uzklāšanas metodes ir reaktīvā magnetrona iztvaikošana un loka iztvaikošana. Izmantojot DC magnetrons, tika izmantots, lai pētītu vēlamās orientācijas ietekmi uz CrN pārklājumu mehāniskajām īpašībām. Divi pārklājumi tika ražoti ar kopējo spiedienu 0,27 Pa (2 mTorr), mērķa strāvu 2,5 A, OEM kontrolētu N 2 plūsmu un ar dažādiem DC pretestības spriegumiem a) 70 V un b) 120 V. Uzklāšanas ātrums bija ~ 18 un ~ 28 nm / min. Iegūstamās plēves bija a) CrN ar vēlamo orientāciju (200), kolonnu struktūru un cietību 2300 HV un b) Cr 2 N ar vēlamo orientāciju (111), blīvu struktūru un nedaudz augstāku cietību (2400 HV) bet ar vieglāku saķeri ar tērauda (SKD11) substrātiem.
Zemu CrN x nogulsnēs ar DC magnetronu izstarošanu ar impulsa DC precizitāti pētīja Nam et al. Filmas tika izliektas ar mērķa jaudas blīvumu 13 W / cm 2 pie konstants argona spiediena 0,24 Pa (1,8 mTorr), un slāpekļa plūsma svārstījās no 0 līdz 45 sccm un dažādu slīpo spriegumu. Tas ļāva kontrolēt CrN x plēvju mikrostruktūru un fāžu sastāvu. Maksimālais uzkrāšanās ātrums Cr 2 N (89% no tīra Cr nogulsnēšanās ātruma) bija 210 nm / min, un maksimālā cietība bija 2250 kg / mm 2 (Knoop) jauktās fāzes CrN + Cr. Tajā pašā grupā ir arī pētījums par CrN x plēvju īpašībām, kas nogulsnētas dažādos nogulšņu līmeņos. Šajā pētījumā viņi izmantoja pastāvīgu slīpo spriegumu -100 V un konstantu argona spiedienu 0,2 Pa (1,5 mTorr) un izmantoja mērķa jaudas blīvumu 5, 10 un 13,2 W / cm 2, un slāpekļa plūsma mainījās no 0 līdz 160 sccm Viņi secināja, ka CrN uzkrāšanās ātrums lineāri palielinājās līdz mērķa jaudas blīvumam (maksimālais 430 nm / min pie 13,2 W / cm 2 ) un ka filmas spriegums tika mainīts no stiepes uz spiedienu, palielinoties nogulsnes ātrumam. Turpmāk tika konstatēta visaugstākā cietība un labākā saķere ar plēvi, kas tika uzlikta ar visaugstāko mērķa jaudas blīvumu, pateicoties augsta spiedes stresa un augsta adatoma kustībai.
Karbīda instrumenti, kas pārklāti ar Cr x N y plēvēm, izmantojot RF magnetronu izsmidzināšanu, ir pārbaudīti koka apstrādes procesā. Strukturālās un ķīmiskās analīzes rezultātā filmas tika nogulsnētas uz Si substrātiem. Depozīcijas tika veiktas RF jaudās 450 W un 650 W un dažādu kopējo spiedienu no 0,1 līdz 1 Pa. Uzklāšanas laiki tika izvēlēti no 15 līdz 80 minūtēm ar maksimālo uzkrāšanās ātrumu 4,4 μm / h (73 nm / min) attiecībā uz Cr 2 N. Cr 2 N plēvēm bija kolonnu struktūra, bet CrN filmas, šķiet, bija bezjēdzīgas ar maksimālo cietību 2100 HV. Cr 2 N plēves ir bijušas grūtākas, bet mazāk adherentas nekā CrN plēves.
RF magnetronu izsmidzināšanu izmantoja arī pētījumos par CrN x plēvēm, kas nogulsnētas plašā slāpekļa daļējā spiediena diapazonā no 0,005 līdz 30 Pa, kur tika analizētas ķīmiskās un mehāniskās īpašības. Mērķa jauda tika saglabāta nemainīga 300 W (mērķa jaudas blīvums bija 6,8 W / cm 2 ) un Ar ar parciālā spiediena konstante 0,3 Pa. Stehiometriskā Cr 2 N tika iegūta, lai nodrošinātu slāpekļa daļējo spiedienu no 0,02 līdz 0,04 Pa un stohichometrisko CrN tika iegūts par 0,3 Pa, savukārt citiem spiedieniem CrN un Cr 2 N fāzes tika sajauktas. Secinājums bija tāds, ka CrN x plēvju slāpekļa saturu var kontrolēt, mainot slāpekļa parciālo spiedienu, bet ne neatkarīgi no uzkrāšanās ātruma un mikrostruktūras. Cr 2 N plēves bija ļoti cietas (27,1 GPa) un stīvas (E = 348 GPa), vienfāzes CrN bija gandrīz tikpat ciets kā Cr 2 N, bet elastīgāks (E = 300 GPa) un nogulsnēšanas ātrums bija mazāks.
Odén un al. Pētīja hroma nitrīda plēvju mikrostruktūru un mehāniskās īpašības, kas uz ātrgaitas tērauda virsmām pārklājās ar reaktīvās loka iztvaikošanu. 10 μm biezas plēves tika nogulsnētas 220 minūtes ar slāpekļa parciālo spiedienu 8 Pa un dažādiem negatīviem substrātu aizspriedumiem no 20 līdz 400 V. Filmas mikrostruktūra bija blīva un kolonnu, preferenciālā orientācija bija CrN (220) un CrN (220) tekstūras koeficients palielinājās, palielinoties negatīvam novirzēm līdz 200 V. Maksimālais nanohardums 29 GPa tika sasniegts par substrāta novirzi -100 V.
CrN pārklājumi īpašam pielietojumam, griezējinstrumenti vara apstrādei tika izgatavoti ar katodisku loka jonu pārklājumu. Šīs plēves tika nogulsnētas ar 4 Pa slāpekļa parciālo spiedienu un dažādu negatīvo substrātu aizspriedumiem 0 - 200 V. Vēlamā orientācija bija CrN (111), un mikro struktūra bija blīva un kolonnu. Graudu izmērs samazinājās, palielinoties aizspriedumiem, un tika sasniegta maksimālā Vickers mikro cietība 100 V slīpā, kā arī maksimālais spiedes atlikuma spriegums. Griešanas veiktspējas testi parādīja, ka filmas cietību un atlikušo spriegumu nevar uzskatīt par vara frēzēšanas efektivitātes rādītāju.
