Struktur Dan Ciri-ciri Filem TiCN Nipis Disediakan Dengan Sasaran Grafit Dan Sasaran Titanium Co-sputtering

Struktur dan sifat-sifat filem tipis TiCN yang disediakan oleh sasaran grafit dan sasaran titanium bersama sputtering

Filem-filem tipis TiCN disediakan pada substrat keluli berkelajuan tinggi M2 dengan memancarkan sasaran grafit dan sasaran titanium dalam suasana campuran nitrogen dan argon. Mikrostruktur dan struktur filem tipis TiCN dianalisis dengan mikroskop elektron dan X-ray difraksiometer. Kekerasan filem tipis TiCN diuji dengan instrumen induksi nano. Sementara itu, gabungan filem dan matriks TiCN yang tipis dinilai oleh kaedah indentasi dan kaedah awal. Hasilnya menunjukkan bahawa atom C dalam filem tipis TiCN wujud dalam bentuk larutan pepejal dalam kekisi TiN, orientasi filem tipis TiCN pada (111 ) permukaan kristal jelas lebih lemah daripada filem TiN yang tipis, patah filem tipis TiCN adalah struktur blok panjang, saiz transversinya lebih kecil daripada filem TiN yang tipis, dan permukaan filem tipis TiCN adalah cekung dan cembung. Kekuatan mengikat antara TiCN filem dan matriks nipis adalah kira-kira 40N, dan atom C mempunyai kesan pengukuhan larutan padat dan pengukuhan kristal halus dalam filem TiCN tipis. Kekerasan filem tipis TiCN meningkat dari 20.3 TiN filem ke 33.4GPa. Filem TiCN mempunyai prestasi antikeran yang baik, dan hayat perkhidmatan TiCN filem paip meningkat dengan ketara apabila menyentuh bahan 40Cr daripada tiap filem TiN dan paip tidak bersalut.

Perkembangan pesat teknologi pemotongan moden telah mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk bahan dan sifat alat pemotongan. Salah satu cara yang boleh dilaksanakan untuk meningkatkan prestasi alat adalah dengan mendepositkan filem keras pada permukaan alat . TiN, TiC, TiCN dan TiAlN filem keras adalah penampilan awal beberapa lapisan perlindungan permukaan alat, masih digunakan secara meluas dalam bidang filem perlindungan mekanikal. Filem tipis TiCN digunakan secara meluas dalam alat pemotong, acuan dan bahagian tahan haus kerana kekerasan yang tinggi dan pekali geseran yang rendah. Filem-filem tipis TiCN terutamanya disediakan oleh pemendapan wap, termasuk pemendapan wap kimia (CVD) dan pemendapan wap fizikal (PVD). Proses CVD filem nipis yang disediakan oleh suhu relau di atas 850 ℃, biasanya suhu suhu sederhana teknik pemendapan wap (MT-CVD), suhu kerja adalah sekitar 600 ℃, umum di luar acuan keluli dan bahagian-bahagian suhu pembajaan, jadi kaedah ini tidak sesuai untuk salutan pada substrat keluli. PVD filem tipis yang disediakan oleh suhu kerja di bawah 500 ℃, boleh memenuhi keperluan salutan substrat keluli.

Pada masa ini, kebanyakan kaedah PVD menggunakan CH4 atau C2H2 sebagai sumber C untuk menyediakan filem tipis TiCN. Semasa proses penyediaan, filem-filem tipis TiCN dengan nisbah kandungan unsur yang berlainan dan sifat-sifat berbeza boleh didapati dengan menyesuaikan nisbah aliran gas. Namun, masalah dengan kaedah ini ialah gas sumber karbon yang berlebihan akan menyebabkan pencemaran yang serius kepada struktur dalaman salutan badan relau mesin, dan lapisan longgar karbon yang tinggal di dinding relau akan dikeluarkan di salutan seterusnya, mengganggu suasana pemendapan filem, yang tidak kondusif untuk pengeluaran berterusan, dan sering membawa kepada prestasi bahan filem yang tidak stabil dalam pengeluaran perindustrian.

Menggunakan sumber pepejal C untuk menyediakan filem TiCN boleh mengurangkan atau mengelakkan pencemaran badan relau. Reaksi magnetron sputtering adalah salah satu teknologi utama kaedah PVD. Permukaan salutan yang disediakan oleh kaedah ini tidak mempunyai fenomena zarah yang besar, tetapi mempunyai kualiti permukaan yang baik, dan boleh digunakan untuk menyediakan filem-filem tipis TiCN pada matriks keluli. Guojun Zhang et al. filem TiCN yang disediakan di bawah suasana campuran nitrogen dan argon dengan sasaran grafit dan sasaran titanium. Mereka menunjukkan bahawa dengan peningkatan kuasa sputtering dan kecekapan pengendapan sasaran grafit, kitaran tebal dan modulasi jumlah filem yang diperoleh dalam masa yang sama meningkat. Dengan peningkatan daya sasaran, struktur filem tipis TiCN berubah, dan orientasi pesawat kristal (111) dan (220) secara beransur-ansur menjadi lemah. Kekerasan TiCN filem nipis pertama meningkat dan kemudian menurun, dan kekerasan yang tinggi z * mencapai lebih daripada 40GPa. Koefisien geseran TiCN filem tipis menurun dengan peningkatan daya sputtering target grafit, dan z * kekal sekitar 0.2.Xu junhua et al. menyediakan TiCN filem tipis dengan sumber karbon pepejal oleh teknologi spontan magnetron. Pengaruh daya sasaran grafit sputtering yang diperoleh dalam kajian ini mengenai struktur dan kekerasan filem tipis TiCN pada dasarnya adalah konsisten dengan arus grafit sputtering. Namun, rangkaian teknologi vakum (http://www.chvacuum.com/) percaya bahawa tiada laporan penyelidikan di atas telah mengesan komposisi filem tipis TiCN. Tidak jelas tentang kandungan karbon dalam TiCN filem tipis yang disediakan dengan menggunakan sumber karbon pepejal, dan kekuatan ikatan antara TiCN filem dan matriks tipis tidak dianalisis.

Kertas ini MENGGUNAKAN penyelidikan dan pembangunan universiti sichuan RZP - 800 mesin gegelung reaksi magnetron sputtering reaktif, menggunakan sasaran grafit sebagai sumber karbon, bukannya CH4 atau C2H2, dalam campuran suasana nitrogen dan argon melalui penyediaan filem TiCN sputtering sasaran grafit dan titanium, dan kaedah penyediaan untuk memperoleh TiCN komposisi filem, struktur, kekerasan dan ikatan kekuatan dianalisis dan penyelidikan, pada masa yang sama disiasat oleh kaedah dalam penggunaan praktikal filem TiCN pemendapan pada permukaan keluli kelajuan tinggi ketik.

1. Kaedah eksperimen

1.1 bahan dan teknologi penyediaan filem

Pemilihan keluli berkelajuan tinggi M2 sebagai bahan substrat, saiz sampel ialah 6 mm x 10 mm x 6 mm, dan menyediakan kain yang sama Φ 10 mm nombor ketik spec yang digunakan untuk ujian pemotongan. Target sputtering adalah satu pasangan sasaran titanium (kesucian 99,99%) dan satu pasang target grafit (kesucian 99,99%), dan dua target (4 target) disusun bergantian dan seragam pada dinding pelapis. Sebelum pelapisan, Sampel dipoles untuk mengeluarkan calar makroskopik yang kelihatan kepada mata kasar dan digilap ke permukaan cermin. Kemudian, ketuk dan sampel itu dikepala bersama untuk menghilangkan pencemaran di lapisan dangkal. Setelah pembersihan ultrasonik, sampel itu ditiupkan dan dimuatkan ke dalam relau. Bakar ke 9.0 10-3 Pa, panaskan bahan kerja selama 60 minit, dan kemudian gunakan kesan pengeboman ion argon untuk etch dan bersihkan substrat selama 30 minit di bawah berat sebelah negatif Untuk meningkatkan kekuatan ikatan di antara filem dan matriks, tiang logam ti Tiang dalam deposit engkol menguap lapisan lapisan logam ti Ti pada matriks. Selepas z *, pada tekanan 4.5 10-1 Pa, grafit sasaran dan sasaran titanium digunakan untuk menyediakan filem-filem tipis TiCN untuk 3h. Lapisan disejukkan untuk 1h, dan sampel telah diambil .

1.2 struktur dan pencirian prestasi filem nipis

Struktur patah dan morfologi permukaan filem tipis TiCN diperhatikan oleh s-4800 (Hitachi, Japan) SEM, dan kandungan unsur filem dianalisis oleh difraksi sinar X-Pert 'ED (X.) ) digunakan untuk menganalisis komposisi fasa dan ukuran bijirin salutan. Sistem Ujian XP Indenter XP (Agilent, Amerika) digunakan untuk menganalisis kekerasan dan modulus elastik salutan. Sementara itu, kaedah lekukan dan kaedah awal digunakan untuk menilai kekuatan ikatan antara filem dan matriks. Hr-150a rockwell hardness tester digunakan untuk kaedah indentasi, dan bebannya adalah 150kg. Kaedah scratch mengadopsi hh-3000 scratch tester, dan beban 100N. Mesin pengeboran menegak Z5135 digunakan untuk memotong uji ketuk. Kelajuan gelendong mesin penggerudian adalah 530r / min, bahan penorehan adalah 40Cr dipadamkan dan terbaja keluli, dan kekerasan dipadamkan dan terbakar adalah HRC29 ~ 32.

2, kesimpulannya

Dengan menggunakan sumber pepejal karbon, sasaran grafit dan sasaran titanium digerakkan oleh teknologi magnetron sputtering reaktif untuk menyediakan filem-filem tipis TiCN pada substrat keluli berkecepatan tinggi. Struktur dan sifat filem tipis TiCN yang diperoleh dianalisis secara sistematik, dan kesimpulannya adalah seperti berikut:

(1) patah filem tipis TiCN membentangkan struktur blok panjang yang tumbuh serenjang dengan antara muka. Struktur konvokal-cembung pada permukaan filem tipis TiCN lebih lemah daripada filem TiN yang tipis, sementara terdapat lebih banyak mikrofon pada permukaan filem tipis TiCN. TiCN filem tipis membentuk penyelesaian pepejal berdasarkan TiN. Penambahan atom C berkurangan dengan ketara difraksi puncak filem nipis di permukaan kristal (111).

(2) kerana pengukuhan penyelesaian pepejal dan pengukuhan kristal halus atom C, kekerasan filem TiCN meningkat dengan ketara berbanding filem TiN, dan kekerasan filem TiCN adalah 33.4GPa. Selepas lapisan peralihan Ti digunakan sebagai substrat, kekuatan ikatan antara filem TiCN dan TiN filem dan substrat keluli berkelajuan tinggi M2 tidak jauh berbeza, kedua-duanya adalah sekitar 40N.

(3) bentuk haus filem TiCN adalah terutamanya memakai melelas, yang membentuk filem pemindahan karbon di permukaan filem semasa geseran dan memakai. Filem ini memainkan peranan pelinciran pepejal dan anti gesekan. Hayat perkhidmatan tiub filem TiCN meningkat dengan ketara apabila mengetuk bahan 40Cr, yang 3 kali lebih tinggi daripada paip bukan filem dan 1.6 kali lebih tinggi daripada tiap filem TiN.

IKS PVD, mesin salutan sputtering, hubungi: iks.pvd@foxmail.com