З точки зору принципів PVD, вольфрам (W) можна осадити за допомогою різних методів, таких як магнетронне розпилення, багато-дугове іонне покриття, HiPIMS або осадження за-променем-іонів. Справжнє питання полягає в тому, яке передбачуване застосування вольфраму? Бажаєте створити чистий вольфрамовий шар, карбід вольфраму (WC), незначну добавку в W-DLC-покритті або перехідний шар-навантаження-?
Найбільш прийнятний метод залежить від мети.
Найбільшою перевагою магнетронного розпилення для W є "легке керування"
Мішень W є провідною мішенню і може використовуватися для магнетронного розпилення. Іони Ar бомбардують мішень W, вибивають атоми W, а потім осідають їх на поверхні заготовки.
Переваги використання магнетронного розпилення для осадження вольфраму (W) очевидні: менше частинок, гладка поверхня плівки та склад, який можна легко контролювати. Цей метод особливо-підходить для покриттів W-DLC, де потрібен точний контроль вмісту вольфраму.
У W-DLC вольфрам зазвичай не є основним функціональним компонентом. Вуглецева мережа – це те, що насправді забезпечує низькі-властивості тертя; вольфрам регулює внутрішню напругу, підвищує-несучу здатність і покращує стабільність товстіших плівок. Однак додавання занадто великої кількості вольфраму порушує-вуглецеву мережу з низьким тертям, характерну для DLC.
Тому W-DLC найбільше боїться того, що вміст W вийде з-під контролю.
У цьому полягає перевага магнетронного розпилення. Ви можете повільно доводити вміст W до цільового вікна, регулюючи цільову потужність W, швидкість потоку джерела вуглецю, напругу зміщення та тиск повітря. Наприклад, якщо порівняти низьку W, середню W і високу W, можна чітко побачити тенденції тертя, твердості та напруги.
Таким чином, магнетронне розпилення є дуже поширеним і стабільним способом тонкого легування W, перехідного шару W-C і основного шару W-DLC.
Багато-дугове іонне покриття можна використовувати для вольфраму (W), але це створює більші труднощі.
Неможливо обробити вольфрам за допомогою багато-дугового іонного покриття.
Дугові плями в катодно-дугових процесах мають надзвичайно високу енергію; теоретично вони можуть випаровувати широкий спектр металів із -високою{1}}температурою плавлення, включно з тугоплавкими металами, такими як W, Mo та Ta. Той факт, що вольфрам має високу температуру плавлення, не означає, що він не може бути випарований плямою дуги.
Однак те, що це можливо, не означає, що цього легко досягти.
Вольфрам (W) — матеріал, що характеризується високою температурою плавлення і високою твердістю; отже, такі процеси, як обробка мішені, затискання, охолодження та підтримка стабільності запалювання дуги, є більш складними, ніж зі стандартними мішенями з титану (Ti) або хрому (Cr).
Під час використання багато-дугового осадження вольфраму особливу увагу слід приділяти руху плями дуги, абляції поверхні мішені, локальному перегріву, утворенню частинок і шорсткості поверхні плівки.
Характеристиками мульти{0}}дуги є висока швидкість іонізації металу, сильна енергія осадження та хороша сила з’єднання, але також легко приносити краплі та великі частинки.
Для звичайних дугових мішеней, таких як Ti та Cr, частки вже є загальною проблемою в кількох дугах. Якщо його замінити матеріалом з високою температурою плавлення, таким як W, стан плями дуги та абляція цільової поверхні не контролюються належним чином, і дефекти поверхні плівки також можуть бути очевидними.
Таким чином, хоча багато{0}}дугова технологія може бути використана для осадження вольфраму (W), вона краще підходить для застосувань, які вимагають інтенсивного бомбардування іонами металу, високої адгезії та зміцнення перехідних або-несучих шарів; він не обов’язково ідеальний для виробництва високоочищених поверхневих шарів W-DLC, які вимагають низьких рівнів частинок і точного контролю вмісту вольфраму.
Чому більше людей віддають перевагу магнетронному напиленню під час виробництва W-DLC?
Тому що ключ до W-DLC полягає не просто у «включенні вольфраму», а у визначенні того, скільки додавати, куди його розподіляти та чи додавання порушує вуглецеву мережу.
Використовуючи магнетронно-напилену вольфрамову (W) мішень у поєднанні з джерелом вуглецю-таким як графітова мішень, ацетилен, метан або інша вуглецева плазма-відносно легко підтримувати низький вміст вольфраму, що дозволяє йому розсіюватися в DLC-матриці у вигляді дрібних структур W-C або нано-карбідів.
Таким чином, вольфрам підвищує-несучу здатність і зменшує навантаження, тоді як вуглецева мережа залишається безперервною, гарантуючи збереження низьких{1}}тертя.
Під час використання джерела вольфраму (W) у багато-дуговому процесі потік іонів металевого вольфраму може бути досить інтенсивним, через що локальний вміст вольфраму може стати надмірно високим.
Високий рівень вольфраму, як правило, сприяє утворенню значної кількості фаз WC або W₂C, ефективно блокуючи вуглець у карбідних структурах. Отже, отримане покриття може стати твердим композитним покриттям із-карбіду вольфраму, а не покриттям DLC із низьким-тертям.
Іншими словами, незважаючи на можливість використання джерела вольфраму для багато-дугового осадження, вікно для контролю вмісту вольфраму є вужчим і важчим для керування; крім того, пильну увагу слід приділяти частинкам на поверхні та безперервності вуглецевої мережі.
Де краще розмістити мульти{0}}дугу W?
Якщо це W-DLC, я віддаю перевагу розумінню multi-arc W як інструменту для «рівня покращення» або «шару переходу», а не використовувати його безпосередньо для створення цілого шару DLC із високим вмістом W-.
Наприклад, поблизу основи можна використовувати перехідний шар W або WC, щоб покращити-несучу навантаження та з’єднання; градієнт W-C можна зробити посередині, щоб забезпечити поступовий перехід від металу до вуглецю; більшість поверхонь все ще зберігає багатий на вуглець -DLC, щоб забезпечити низьке тертя та анти-адгезію.
Така конструкція більш раціональна, ніж використання монолітного вольфрамового (W) шару.
Якщо метою є не низький-тертя DLC, а радше висока-твердість,-зносостійкий шар W, WC або W-C, багато-дуговий підхід також є цінним. Це пояснюється тим, що багато-дугове осадження генерує високо-енергетичні іони металу, що призводить до щільних покриттів із міцною адгезією,-ідеально для створення міцних,-зносостійких шарів.
Однак, якщо клієнту потрібна винятково гладка поверхня, мінімальна кількість частинок і низький коефіцієнт тертя, слід бути обережним, покладаючись лише на багато-дугове осадження вольфраму.
Якщо ви виготовляєте покриття W-DLC-зокрема там, де основна увага приділяється низькому тертю, -властивостям проти-прилипання, ковзним компонентам або гладким поверхням форми-віддайте перевагу використанню магнетронного напилення або HiPIMS для нанесення вольфрамового (W) компонента в поєднанні з джерелом вуглецю для осадження. Цей підхід дозволяє краще контролювати вміст вольфраму, забезпечує більш тонку поверхню покриття та полегшує збереження структури вуглецевої мережі.
Якщо вам потрібно створити перехідний шар W-C, який є товщим, має вищу-несучу здатність і потребує міцної адгезії, ви можете розглянути можливість використання багато-дугового джерела W або гібридного джерела, що поєднує багато-дугове та магнетронне напилення.
Якщо ви прагнете створити чисті зносостійкі-шари типу W або WC, метод із кількома-дугами також є варіантом, хоча ви повинні бути готові до таких проблем, як частинки, внутрішня напруга, абляція цільової поверхні та шорсткість поверхні.
Тому висновок простий:
Покриття з вольфраму (W) можна отримувати не лише за допомогою магнетронного розпилення, але й за допомогою багато-дугового іонного покриття.
Однак магнетронне напилення краще підходить для точного контролю вмісту вольфраму та отримання поверхні з мінімальною кількістю часток, тоді як багато-дугове напилення краще для створення W або W-C перехідних шарів, що характеризуються високою іонізацією, сильною адгезією та високою -несучою здатністю. Оптимальний підхід часто передбачає гібридну стратегію, а не вибір одного методу замість іншого: використання шару вольфраму в основі для підвищення-несучої здатності, зберігаючи низький-вуглецевий шар DLC на поверхні.
