Kajian Kaedah Dan Ciri-ciri Filem Tialn Nipis Dibuat Dengan Kekerapan Sederhana Magnetron Sputtering Technology

Menggunakan teknologi penyaduran ion magnetron yang tidak seimbang untuk membuat filem tipis TiAlN pada substrat karbida simen YG6. XRD, EDS, stereomicroscope, tester mikrohardness, dan penguji harta permukaan pelbagai fungsi digunakan untuk mengkaji struktur dan sifat komposit. Keputusan menunjukkan bahawa apabila kuasa sasaran adalah rendah, lapisan filem wujud dalam bentuk TiN dan TiC. Permukaan orientasi keutamaan (111) dan mikrohardness TiN berkaitan dengan voltan bias. Apabila kuasa sasaran tinggi, filem tersebut mengandungi terutamanya Ti3AlN dan AlN fasa. Fasa Ti3AlN lebih sesuai berorientasikan di sepanjang bidang 220, struktur filem adalah padat dan seragam, dan nisbah atom N ke atom logam hampir 1: 1, ketebalan filem adalah 1.93 μm, mikrohardinya ialah 3145HV dan daya ikatan adalah 85N.

Dengan perkembangan sains bahan, penggunaan bahan filem nipis telah menjadi semakin luas. Filem TiAlN adalah sejenis bahan salutan filem nipis multi-elemen baru yang telah berjaya dibangunkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Ia mempunyai ciri-ciri yang sangat baik seperti kekerasan yang tinggi, suhu pengoksidaan yang tinggi, kestabilan terma yang baik, lekat kuat, pekali geseran yang rendah, kekonduksian haba yang rendah, dan lain-lain. Ia digunakan secara meluas dalam industri alat, terutamanya untuk memotong pelbagai mesin yang sukar bahan. Juga, TiAlN dijangka sebahagian atau sepenuhnya menggantikan lapisan TiN. Dalam karya ini, filem-filem tipis TiAlN disediakan pada aloi keras YG6 oleh teknologi frekuensi magnetron sputtering sederhana. Struktur fasa, permukaan dan morfologi patah, komposisi dan sifat-sifat utama filem nipis diukur oleh XRD, SEM, EDS, mikroskop stereo, penguji microhardness dan tester gores ..

1. Bahan dan Kaedah Ujian

1.1. Bahan ujian

YG6 cemented carbide dipilih sebagai sampel substrat, sasaran tulen Ti dan target Al (99.99% kesucian) digunakan sebagai sasaran katod. Gas kerja adalah argon (kemurnian> 99.999%), dan gas reaksi nitrogen (kemurnian> 99.999%).

Struktur fasa filem dianalisis oleh penganalisis difraksi D-1000 X-ray, permukaan filem itu diperhatikan oleh cermin pengimbasan S-3400N, kekerasan filem itu diuji oleh HVS-1000 digital microhardness tester, dan filem daya ikatan berasaskan filem diuji oleh bahan ujian permukaan MFT-4000.

1.2. Penyediaan Filem TiAlN

Sampel substrat dibersihkan dalam mesin ultrasonik untuk menghilangkan lemak, debu dan filem oksida, dan kemudian dikeringkan selepas mendidih dengan alkohol. Mengepam vakum ke 6.7 × 10-3 Pa dan pemanasan hingga 500 ° C. Kemudian mula membuat salutan selepas membersihkan substrat dengan 1000 V tinggi argon ion. Pertama, simpan lapisan peralihan TiN. Kemudian, deposit dan menyediakan filem TiAlN dengan tekanan separa nitrogen adalah 0.3 × 10-1 Pa. Jadual 1 menunjukkan parameter proses pengendapan untuk membuat filem TiAlN tipis.

Jadual 1. Parameter pemetaan filem TiAlN

2. Kesimpulan

Filem tipis TiAlN berjaya disediakan di atas substrat karbida disemen oleh teknologi frekuensi magnetron sputtering sederhana, dan struktur fasa, morfologi dan sifat utama dianalisis. Kesimpulannya adalah seperti berikut:

(1) Hasil analisa XRD menunjukkan bahawa filem terutamanya wujud dalam bentuk TiN dan TiC pada kuasa sasaran Al yang rendah, dan satah orientasi pilihan TiN adalah (111). Fasa TiC disebabkan oleh penggantian separa atom C dalam substrat untuk atom N di TiN. Lapisan filem terutamanya wujud dalam bentuk Ti3AlN dan AlN di bawah kuasa sasaran Al tinggi, fasa Ti3AlN lebih berorientasikan berorientasikan di sepanjang bidang kristal (220), fasa AlN lebih sesuai berorientasikan di sepanjang bidang kristal (002), dan puncak kedua-dua fasa mempunyai darjah berlainan dan peralihan yang berlainan. Hal ini disebabkan oleh gangguan kisi yang disebabkan oleh penggantian sebahagian atom Al di AiN oleh atom Ti.

(2) Hasil analisis morfologi patah menunjukkan bahawa filem itu terikat dengan substrat, struktur filem itu padat dan seragam, dan terdapat antara muka yang jelas dengan fasa matriks. Apabila kuasa sasaran Al bertambah, bilangan zarah dan tenaga sputtering meningkat, jadi kadar pemendapan meningkat, ketebalan filem meningkat, dan ketebalan filem boleh mencapai 1.93 μm.

(3) keputusan analisis komposisi permukaan EDS menunjukkan bahawa dengan peningkatan kuasa sasaran Al, kelenturan filem meningkat, kandungan Al dalam lapisan filem meningkat sementara kandungan Ti berkurang. Komponen utama lapisan filem ialah nitrida logam yang nisbah atom N ke atom logam hampir 1: 1.

(4) Ujian microhardness menunjukkan bahawa pada kuasa sasaran rendah Al, microhardness filem meningkat pertama dan kemudian berkurangan dengan peningkatan bias negatif substrat, dan microhardness mencapai 2391 HV. Pada kuasa sasaran tinggi Al, microhardness filem boleh mencapai 3145 HV, yang disebabkan terutamanya oleh gangguan kisi yang disebabkan oleh pembentukan fasa keras Ti3AlN dan atom Ti yang menggantikan atom Al di AlN. Ujian daya mengikat menunjukkan bahawa daya ikatan boleh mencapai 85 N, kerana pembentukan fasa keras lapisan transisi TiN-deposit dan Ti3AlN, dan penerapan teknologi bias berdenyut DC menapis bijirin dan mengurangkan tekanan laminasi filem untuk memperbaiki membran berasaskan kekuatan mengikat.