Studija o metodama i svojstvima Tialn tankih filmova napravljenih sredstvima magnetnog raspršivanja srednje frekvencije

Korišćenjem IF nebalansiranog magnetron sputtering tehnologije za nanošenje jonskih ploča, čineći TiAlN tanku foliju na cementiranom karbidnom podlogu YG6. Za ispitivanje strukture i osobina kompozita korišćeni su XRD, EDS, stereomikroskop, tester mikroharde i višenamenski tester površine. Rezultati pokazuju da kada je ciljna snaga niska, filmski sloj postoji u obliku TiN i TiC. Preferencijalna orijentaciona površina (111) i mikrohrdrost TiN-a su povezani sa naprezanjem. Kada je ciljna snaga visoka, film uglavnom sadrži faze Ti3AlN i AlN. Faza Ti3AlN je preferentno orijentisana duž ravni (220), struktura filma je gusta i ravnomerna, a odnos N atoma do metala je blizu 1: 1, debljina filma je 1,93 μm, mikrohrdrost je 3145HV a vezna sila je 85N.

Uz razvoj nauke o materijalima, primena tankih filmskih materijala postala je sveobuhvatnija. TiAlN film je novi tip multi-elementa tankog sloja premaza koji je uspešno razvijen u posljednjih nekoliko godina. Ima izvrsna svojstva kao što su visoka tvrdoća, visoka temperatura oksidacije, dobra termička stabilnost, snažna adhezija, koeficijent niskog koeficijenta trenja, niska toplotna provodljivost itd. Široko se koristi u industriji alata, posebno za efikasno sečenje različitih teških mašina materijali. Takođe, očekuje se da TiAlN delimično ili potpuno zameni TiN premaze. U ovom radu, TiAlN tanki filmovi su pripremljeni na tvrdoj leguri YG6 srednjom frekventnom magnetronskom sputtering tehnologijom. Fazna struktura, površinska i prelomna morfologija, sastav i glavna svojstva tankih filmova merene su XRD, SEM, EDS, stereo mikroskopom, testerom mikroharde i testerom za grebanje.

1. Materijali i metode ispitivanja

1.1. Ispitni materijali

YG6 cementni karbid je odabran kao uzorak supstrata, čista Ti meta i Al meta (čistoća 99,99%) se koriste kao katodne mete. Radni gas je argon (čistoća> 99,999%), a reakcioni gas je azot (čistoće> 99,999%).

Fazna struktura filma analizira se pomoću DX-1000 rendgen difrakcijskog analizatora, površina filma je primećena od strane S-3400N skenera, čvrstoća filma testira se pomoću testera HVS-1000 digitalne mikroharde, a film na bazi sonde na filmu testira pomoću testera performanse površine MFT-4000.

1.2. Priprema filma TiAlN

Uzorci supstrata se čiste u ultrazvučnoj mašini za uklanjanje masti, prašine i oksidnih filmova, a zatim se osuše nakon dehidriranja alkohola. Pumpa vakuum na 6,7 × 10-3 Pa i grejanje na 500 ° C. Zatim počinju da nanose premaze nakon čišćenja podloge sa 1000 V visokim pritiskom argona. Prvo, deponuje TiN prelazni sloj. Zatim, deponovanje i pripremanje TiAlN filma sa parcijalnim pritiskom azota je 0,3 × 10-1 Pa. Tabela 1 prikazuje parametre procesa deponovanja za izradu tankih filmova TiAlN.

Tabela 1. Parametri depozicije filma TiAlN

2. Zaključak

Tanka ploča TiAlN je uspješno pripremljena na cementiranom karbidnom podlogu pomoću tehnologije srednjeg frekventnog magnetronskog raspršivanja, a analizirana je njegova fazna struktura, morfologija i glavna svojstva. Zaključci su sledeći:

(1) Rezultati XRD analize pokazuju da film uglavnom postoji u obliku TiN i TiC pri niskoj al ciljnoj moći, a poželjna orijentaciona ravnina TiN je (111). Faza TiC je uzrokovana delimičnom zamenom C atoma u supstratu za N atome u TiN. Filmski sloj uglavnom postoji u obliku Ti3AlN i AlN pod visokom ciljnom snagom Al, Ti3AlN faza je preferentno orijentisana duž (220) kristalne ravni, AlN faza je preferentno orijentirana duž (002) kristalne ravni, a vrhovi dve faze imaju različite stepene širenja i promene. Ovo je uglavnom zbog distorzije rešetke koje je izazvano delimičnom zamenom Al atoma u AiN od strane Ti atoma.

(2) Rezultati analize morfologije frakture pokazuju da je film čvrsto povezan sa supstratom, struktura filma je gusta i ravnomerna, a postoji jasan interfejs sa fazom matrice. Kako povećava snagu ala Al, broj čestica i energija sputanja povećavaju, tako da se stopa depozicije povećava, debljina filma se povećava, a debljina filma može da dostigne 1,93 μm.

(3) Rezultati analize sastava površine EDS-a pokazuju da se povećanjem kretanja filma povećava kristalitet filma, a sadržaj Ala u filmskom sloju povećava se dok se sadržaj Ti smanjuje. Glavna komponenta sloja filma je metalni nitrid čiji je odnos N atoma do metala atoma blizu 1: 1.

(4) Test mikrohrdrine pokazao je da se pri niskom naponu ala, mikrohrdrost filma prvo povećava, a zatim se smanjuje s povećanjem negativne predispozicije supstrata, a mikrohrdrost dostiže 2391 HV. Pri visokoj ciljnoj moći Al, mikrohrdrost filma može da dostigne 3145 HV, što je uglavnom zbog distorzije rešetke uzrokovane stvaranjem Ti3AlN teške faze i Ti atoma koji zamenjuju Al atome u AlN. Test sile vezivanja pokazuje da sila povezivanja može da dostigne 85 N, jer se formiranje tvrde faze TiN-deponovanog tranzicijskog sloja i Ti3AlN, kao i primena DC superimposed impulsne prednaponske tehnologije, prečišćava zrno i smanjuje napon laminacije filma kako bi se poboljšala membrana na bazi sile vezivanja.