Propriedades mecânicas de nanomateriais TiN / Ti por ionização em arco

Propriedades mecânicas de nanomateriais TiN / Ti por ionização em arco

Filmes multicamadas de TiN / Ti com ciclos de nano-modulação foram sintetizados por plaqueamento iônico multi-arco com diferentes parâmetros de deposição. Os efeitos do período de modulação na microestrutura, morfologia da superfície e propriedades mecânicas dos nanomateriais TiN / Ti foram estudados por difração de raios X (XRD), microscópio eletrônico de varredura (SEM), testador de bancada xp-2, testador de indentação np tipo xp e Espectrómetro de energia de raios X (EDS). Os resultados mostram que o filme de TiN é composto por TiN e Ti, e não há outra fase heterogênea. O filme multicamada TiN / Ti tem uma aparência densa e suave e uma cor dourada uniforme. Com o decréscimo do ciclo de modulação, o número e o tamanho de partículas grandes na superfície do filme diminuem, e o teor de nitrogênio aumenta gradualmente, e a dureza do filme apresenta uma tendência crescente.

Nos últimos anos, a deposição física de vapor de filme fino preparado por alta dureza, desempenho químico é estável e tem uma boa vantagem de desempenho de atrito, é amplamente utilizado em ferramentas de corte, molde, todos os tipos de peças resistentes ao desgaste e áreas como microeletrônica, mas sob a alta temperatura de 550 ℃ fácil oxidação gerando TiO2, afetam seu desempenho. Com a melhoria contínua dos requisitos de processamento, torna-se cada vez mais importante estudar filmes com melhores propriedades abrangentes. O desempenho dos filmes finos foi melhorado até certo ponto, melhorando os processos, como a filtração magnética de grandes gotas, o revestimento composto de filmes para otimizar as propriedades e a adição de outros metais, como Al, C, Cr, Zr, etc. Foi relatado na literatura que as características estruturais de materiais compósitos multicamadas e a interface complexa entre camadas podem melhorar a tenacidade e a resistência à fissuração do filme. No entanto, existem poucos estudos sobre suas propriedades no momento. Baseado no revestimento de TiN e na estrutura multicamada, este trabalho adota o método de galvanização multi-arco para preparar o filme multicamada TiN / Ti e analisa e estuda a influência do período de modulação em sua estrutura e desempenho.

1. Experiência

Os filmes multicamadas TiN / Ti foram preparados por plaqueamento multiarcial SA-700 6T em substrato de aço de alta velocidade.

O tamanho da amostra do substrato de aço de alta velocidade é 10mm 10mm 15mm. Em primeiro lugar, a amostra de substrato de aço de alta velocidade é polida sucessivamente no lixa nº. 600, não. 900, não. 1200, não. 1500 e não. 2000. Em seguida, o micro-pó de coríndon é polido na máquina de polimento para fazer com que a superfície do substrato de aço de alta velocidade apareça como um espelho. Antes do revestimento, as amostras foram lavadas com etanol anidro e acetona durante 15 minutos, respectivamente, e depois secas e colocadas no suporte de amostras na câmara com uma distância da base alvo de 300 mm. No trabalho, o filme de deposição de alvo de Ti puro é usado para incendiar o arco alvo do cátodo, que é vaporizado pelo arco. O vácuo da câmara de deposição foi bombeado abaixo de 5 a 10 Pa e gás Ar foi injetado para limpeza de brilho e pulverização.

Devido à sua boa resistência à fratura e supermodelo superhard, o filme multicamada nanométrico tem atraído muita atenção. Para o filme multicamada nanométrico formado por Ti e TiN, a soma da espessura das duas camadas adjacentes é chamada de período de modulação, e a razão de sua espessura é chamada de taxa de modulação. O período de modulação é um dos principais fatores que afetam o desempenho de filmes multicamadas de TiN / Ti. No experimento, assume-se que as taxas de deposição das duas películas finas são as mesmas, e a razão de tempo de deposição da camada de TiN e da camada de Ti é de 5: 1, ou seja, a relação de modulação nominal é de 5: 1. A fim de preparar filmes multicamadas com excelente desempenho, este experimento foi desenvolvido para depositar 4 grupos de amostras com diferentes períodos de modulação sob a mesma relação de modulação nominal. Os parâmetros específicos do processo experimental são mostrados na tabela 1. Primeiramente, o fluxo de gás Ar e o fluxo de N2 foram ajustados para depositar 50minTiN. O fluxo de gás Ar e a pressão foram ajustados para depositar 10 minTi. A rede de tecnologia de vácuo (http://www.chvacuum.com/) acredita que sob as mesmas condições experimentais, o número do ciclo é alterado alterando o tempo de depósito de TiN e Ti, garantindo que o tempo experimental total e a taxa de modulação sejam constante.

Tabela 1 Parâmetros do Processo Experimental Multicamadas TiN / Ti

Os efeitos do período de modulação na microestrutura, morfologia da superfície e propriedades mecânicas dos nanofilmes de TiN / Ti foram estudados por difração de raios X (XRD), microscópio eletrônico de varredura (SEM), testador de bancada xp-2, testador de nano-indentação xp e espectrômetro de energia de raios-X (EDS).

3. Conclusão

(1) o filme era composto por TiN e Ti, e não havia outras fases heterogêneas. Além disso, o filme de TiN cresceu otimamente ao longo da superfície (111), disposta de maneira estreita, com uma estrutura cúbica de centro plano.

(2) O filme multicamadas TiN / Ti tem uma aparência densa e suave e uma cor dourada uniforme. Com o decréscimo do ciclo de modulação, o número e o tamanho de partículas grandes na superfície do filme diminuem, e o conteúdo de nitrogênio aumenta gradualmente, indicando que Ti e N2 reagem gradualmente.

(3) com a diminuição do período de modulação, a dureza vickers apresenta uma tendência crescente, indicando que o período de modulação tem um impacto significativo na dureza do filme.

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