Effekt av förspänning på struktur och mekaniska egenskaper hos Ni-dopade TiB2-baserade beläggningar framställda genom magnetronförstoftning
Apr 17, 2019| Effekt av förspänning på struktur och mekaniska egenskaper hos Ni-dopade TiB2-baserade beläggningar framställda genom magnetronförstoftning
En serie av Ni-dopade TiB2-baserade beläggningar framställdes genom dubbel-målsimulerande icke-reaktiv magnetron-sputtering. Kompositionen bestämdes av röntgenenergispektrometer, beläggningens struktur analyserades med röntgendiffraktions- och avsökningselektronmikroskopi, och hårdhet, modul, fraktur seghet, filmbaserad vidhäftning och tribologiska egenskaper hos beläggningen karaktäriserades av nano-indentation, vickers-indragning, rep och friktion och slitage. Resultaten visar att: tib2-ni-beläggningen framställd genom denna process har en hexagonal TiB2-struktur, och tillväxtstrukturen är mycket tät, utan uppenbar kolonnformig tillväxtstruktur och låg ytjämnhet. Hårdhet är större än 40GPa; Beläggningen har god fraktur seghet. Brotthetheten och sammanhängande kraft ökar med ökningen av förspänning. Samtidigt ligger friktionskoefficienterna för de framställda beläggningarna inom intervallet 0,5 ~ 0,6, och slitgraden är i samma storleksordning.
Den TiB2-baserade beläggningen framställd av magnetronförstoftning har hög hårdhet och hög kemisk stabilitet, så den har använts i stor utsträckning i många avseenden och kan användas för att skydda ytan på skärverktyg, formar och luftfartsdelar. Även om tib2-baserad beläggning har hög hårdhet är material med hög hårdhet vanligtvis spröda och leder lätt till misslyckande när de genomgår deformation. Låg seghet begränsar tillämpningen av tib2-baserad beläggning i teknik, och förbättrad seghet har blivit en mycket viktig forskningsriktning. I allmänhet leder ökningen av seghet lätt till minskad hårdhet, och det är svårt att uppnå båda.
Metall och keramiska material används ofta i många aspekter. Den viktigaste egenskapen hos metall är att den har hög seghet. Keramik har hög hårdhet men låg seghet. Under de senaste åren har keramiska / metall nanokompositbeläggningar framställda genom införlivande av duktila material i keramikbaserade beläggningar studerats i stor utsträckning. Vissa studier har dopat Ni eller Ti i många karbider och nitridbeläggningar, såsom Ni-dopad TiC, TiN och CrN, Ti-dopad SiN, etc. Metalldopningen leder till förändringar i hårdhet och seghet. Akbari et al. fann ti-ni-n beläggning med hårdhet större än 25GPa och bra seghet.
På grundval av ovanstående forskning studerar detta dokument de olika metalldopade mot TiB2-sprickmotståndet, inflytandet av den fann Ni-dopningen på anti-krackningsprestandan är z * uppenbar, men i de tidigare studierna konstaterades att även om det är förbättrat, men där är uppenbar kolumnväxt, visar att ytbeläggningen har mycket utrymme för förbättring. På grundval av detta antar den här artikeln dubbla mål för mellanfrekvens- och rf-magnetronsputteringsutrustning genom att ändra substratförspänningen TiB2-Ni-beläggningen bereddes av olika partiskhet. Strukturen och egenskaperna hos den framställda beläggningen undersöktes och effekterna av förspänningstryck på dess tillväxtstruktur, hårdhet, frakturhethet, filmadhesion och tribologi diskuterades.
1. Experiment
1.1 råmaterial och beredning
Beläggningen preparerades med MS450 högvakuum dubbel-magnetronutsputteringutrustning. Genom att ändra substratförspänningen avsattes tib2-ni-beläggning med olika förspänning på det rörande örnglaset, enkeltkristall Si (100) och M2 höghastighetsstålsubstrat. TiB2-målet (100 mm i diameter, 4 mm i tjocklek, 99,9 i renhet)
1,2 beläggningskarakterisering
Genom användning av Bruker D8 utfördes X-strålningsdiffraktion (XRD) vid beläggningsfasanalysen, CuK alfa, theta / theta-läge, steglängden som 0,01 ° , avsökningsintervall 20 ° ~ 70 ° . Tillväxtstrukturen hos beläggningen observerades med användning av Hitachi S4800 högupplösta fältutslagsökningselektronmikroskop (SEM). Accelerationsspänningen var 4kV. Hårdhetsmätningen av beläggningen utfördes på MTS NANO G200 nanometer-indentationsinstrumentet och diamant-Berkovich-huvudet användes. För att minska substratets inflytande sattes z * stort injektionsdjup vid 150 nm (ca 1/10 av filmtjockleken). Varje prov mättes till 8 punkter och i genomsnitt och plastitetsindexet beräknades från belastningen och lossningskurvor. Det Revetest Revetest instrumentet av CSM användes för att analysera bindningskraften mellan beläggningen och substratet och tryckhuvudet var ett diamant Rockwell tryckhuvud med en radie av 200 m. Lastkraften var 0 ~ 100N, och lastlängden var 3mm. Vickers indragningstest med användning av hv-1000 mikrohårdhetstestare. FEI QuantaTM 250FEG SEM användes för att karakterisera skrapmorfologin och vickers-indragningsmorfologin med en spänning av 5 kV. Beläggningens tribologiska egenskaper karaktäriserades av CETR umt-3-friktionstestningsmaskinen och boll- och skiv-framkörningsmodus användes. Experimentet utfördes vid rumstemperatur och fuktighet av 62 5%. Den dubbla bollen är Al2O3-boll med en diameter av 6mm, vilken är laddad som 2N. Den framväxande hastigheten och frekvensen hos den dubbla sfären är 5cm / s och 5Hz. Djupfördelningen av slitmärkena erhölls genom att använda kla-tencor alpha -steg IQ-ytprofil.
2, slutsatsen
(1) magnetronutspädningsutrustning användes för att framställa Ni-dopad TiB2-basbeläggning vid olika förspänningstryck.
(2) vad gäller struktur, har alla beredda tib2-ni-beläggningar en hexagonal TiB2-struktur. Lågförspänningsbeläggningen tenderar att vara amorf, och högförspänningsbeläggningen har god kristallinitet. Alla beläggningar har tät tillväxtstruktur, ingen uppenbar kolonnstruktur och låg grovhet (mindre än 1 nm).
(3) vad gäller prestanda är hårdheten högre än TiB2 och större än 40GPa; Det är konstaterat att duktiliteten är bra genom duktilitetsindex och indentationstest. Genom scratch-testet ökar beläggningens vidhäftning med ökningen av transformatortrycket, tib2-ni-beläggningen med hög bias har en bra vidhäftning; När det gäller tribologiska egenskaper är friktionskoefficienterna för de framställda beläggningarna alla mellan 0,5 och 0,6 och slitgraden ligger inom intervallet 1,2-10-15 till 3,2 10-15 m3 / Nm, varvid samma storleksordning hålls.
(4) genom studier av struktur och egenskaper visar tib2-ni-beläggning framställd av hög substratförspänning (omkring -110v) bättre prestanda.
IKS PVD , tillverkning av PVD-vakuum dekorativa , verktyg , optisk beläggningsutrustning , kontakta : iks.pvd@foxmail.com