Что касается принципов PVD, вольфрам (W) можно наносить с помощью различных методов, таких как магнетронное распыление, много-ионное покрытие дугой, HiPIMS или ионно--лучевое-осаждение. Реальный вопрос заключается в следующем: каково предполагаемое применение вольфрама? Вы хотите создать слой из чистого вольфрама, карбида вольфрама (WC), небольшую легирующую присадку в W-DLC-покрытии или переходный слой, выдерживающий высокие-нагрузки-?
Наиболее подходящий метод варьируется в зависимости от цели.
Самым большим преимуществом магнетронного распыления W является «простота управления».
Мишень W является проводящей мишенью и может использоваться для магнетронного распыления. Ионы аргона бомбардируют мишень W, выбивают атомы W, а затем осаждают их на поверхность заготовки.
Преимущества использования магнетронного распыления для нанесения вольфрама (W) очевидны: меньшее количество частиц, гладкая поверхность пленки и легко контролируемый состав. Этот метод особенно хорошо-подходит для покрытий W-DLC, где требуется точный контроль содержания вольфрама.
В W-DLC вольфрам обычно не является основным функциональным компонентом. Углеродная сетка — это то, что на самом деле обеспечивает свойства низкого-трения; вольфрам регулирует внутренние напряжения, повышает -несущую способность и улучшает стабильность более толстых пленок. Однако добавление слишком большого количества вольфрама нарушает углеродную сетку с низким- коэффициентом трения, характерную для DLC.
Поэтому W-DLC больше всего боится, что контент W выйдет из-под контроля.
В этом заключается преимущество магнетронного распыления. Вы можете постепенно доводить содержание W до целевого окна, регулируя целевую мощность W, скорость потока источника углерода, напряжение смещения и давление воздуха. Например, если вы сравните низкий W, средний W и высокий W, можно ясно увидеть тенденции в трении, твердости и напряжении.
Таким образом, магнетронное распыление является очень распространенным и стабильным способом тонкого легирования W, переходного слоя W-C и основного слоя W-DLC.
Много-ионно-дуговое покрытие можно использовать для вольфрама (W), но оно представляет собой более сложную задачу.
Обработать вольфрам с помощью многодугового ионного покрытия невозможно.
Дуговые пятна в катодно-дуговых процессах обладают чрезвычайно высокой энергией; теоретически они могут испарять широкий спектр тугоплавких-металлов-, включая тугоплавкие металлы, такие как W, Mo и Ta. Тот факт, что вольфрам имеет высокую температуру плавления, не означает, что он не может испаряться в пятне дуги.
Однако то, что это возможно, не означает, что этого легко достичь.
Вольфрам (W) — материал, характеризующийся высокой температурой плавления и высокой твердостью; следовательно, такие процессы, как обработка мишени, зажим, охлаждение и поддержание стабильности зажигания дуги, являются более сложными, чем со стандартными мишенями из титана (Ti) или хрома (Cr).
При использовании многодугового осаждения вольфрама особое внимание необходимо уделять движению пятна дуги, абляции поверхности мишени, локализованному перегреву, образованию частиц и шероховатости поверхности пленки.
Характеристики мульти-дуги — высокая скорость ионизации металла, высокая энергия осаждения и хорошая сила сцепления, но при этом легко переносятся капли и крупные частицы.
Для обычных дуговых мишеней, таких как Ti и Cr, частицы уже являются распространенной проблемой в нескольких дугах. Если его заменить материалом с высокой температурой плавления, таким как W, состояние дугового пятна и абляция поверхности мишени не контролируются должным образом, и дефекты поверхности пленки также могут быть очевидны.
Таким образом, хотя много-дуговую технологию можно использовать для нанесения вольфрама (W), она лучше подходит для применений, требующих интенсивной бомбардировки ионами металлов, высокой адгезии и усиления переходных или-несущих слоев; он не обязательно идеален для производства высокоочищенных поверхностных слоев W-DLC, для которых требуется низкий уровень твердых частиц и точный контроль содержания вольфрама.
Почему все больше людей предпочитают магнетронное распыление при производстве W-DLC?
Потому что ключ к W-DLC заключается не просто во «введении вольфрама», но и в определении того, сколько его добавить, где его распределить и не нарушит ли добавление углеродную сеть.
Используя магнетронную-напыленную мишень из вольфрама (W) в сочетании с источником углерода-таким как графитовая мишень, ацетилен, метан или другая углеродная плазма-, относительно легко поддерживать низкое содержание вольфрама, что позволяет ему диспергироваться в матрице DLC в виде мелких структур W-C или нано-карбидов.
Таким образом, вольфрам повышает-несущую способность и снижает напряжения, в то время как углеродная сетка остается непрерывной, обеспечивая сохранение свойств низкого-трения.
При использовании источника вольфрама (W) в многодуговом процессе поток ионов металлического вольфрама может быть весьма интенсивным, что приводит к чрезмерному повышению локального содержания вольфрама.
Высокие уровни вольфрама способствуют образованию значительного количества фаз WC или W₂C, эффективно удерживая углерод в карбидных структурах. Следовательно, полученное покрытие может оказаться вольфрамовым-композиционным твердым покрытием из карбида, а не DLC-покрытием с низким-трением.
Другими словами, хотя использование вольфрамового источника при многодуговом осаждении, безусловно, возможно, окно для контроля содержания вольфрама уже, и им труднее управлять; кроме того, пристальное внимание необходимо уделять поверхностным частицам и непрерывности углеродной сети.
Где лучше всего разместить мульти-дугу W?
Если это W-DLC, я предпочитаю понимать multi-arc W как инструмент для «улучшенного уровня» или «переходного слоя», а не напрямую использовать его для создания целого слоя DLC с высоким W-содержанием.
Например, рядом с подложкой можно использовать переходный слой W или WC для улучшения -выдерживания нагрузки и сцепления; градиент W-C можно сделать посередине, чтобы обеспечить постепенный переход от металла к углероду; большая часть поверхности по-прежнему содержит богатый углеродом-DLC, обеспечивающий низкое трение и анти-адгезионную способность.
Такая конструкция более рациональна, чем использование монолитного слоя вольфрама (W).
Если целью является не DLC с низким-трением, а скорее высокая-твердость, износостойкость-слой из W, WC или W-C, много-дуговой подход также полезен. Это связано с тем, что при много-дуговом осаждении генерируются ионы металлов с высокой-энергией, в результате чего образуются плотные покрытия с сильной адгезией,-идеально подходящие для создания прочных,-стойких к износу слоев.
Однако если клиенту требуется исключительно гладкая поверхность, минимальное количество частиц и низкий коэффициент трения, следует проявлять осторожность, полагаясь исключительно на много-дуговое осаждение вольфрама.
Если вы производите W-DLC-покрытия,-особенно там, где основное внимание уделяется низкому трению, анти-свойствам против прилипания, скользящим компонентам или гладким поверхностям пресс-формы,-отдайте предпочтение магнетронному распылению или HiPIMS для нанесения вольфрамового (W) компонента в сочетании с источником углерода для осаждения. Такой подход позволяет лучше контролировать содержание вольфрама, обеспечивает более тонкую поверхность покрытия и облегчает сохранение структуры углеродной сетки.
Если вам необходимо создать более толстый переходный слой W-C, обеспечивающий более высокую-несущую способность и требующий сильной адгезии, вы можете рассмотреть возможность использования много-источника W или гибридного источника, сочетающего много-дуговое и магнетронное распыление.
Если вы хотите получить чистые-износостойкие-слои типа W или WC, можно также использовать многодуговой метод, однако вы должны быть готовы к таким проблемам, как наличие твердых частиц, внутреннее напряжение, абляция целевой поверхности и шероховатость поверхности.
Таким образом, вывод прост:
Покрытия из вольфрама (W) можно получать не только с помощью магнетронного распыления, но и с помощью много-ионно-дугового осаждения.
Однако магнетронное распыление лучше подходит для точного контроля содержания вольфрама и получения поверхности с минимальным содержанием частиц, тогда как много-дуговое напыление лучше подходит для создания переходных слоев W или W-C, характеризующихся высокой ионизацией, сильной адгезией и высокой -несущей способностью. Оптимальный подход часто предполагает гибридную стратегию, а не выбор одного метода вместо другого: использование вольфрамового слоя в основании для повышения -несущей способности при сохранении DLC-углеродного слоя с низким-трением на поверхности.
