از نظر اصول PVD، تنگستن (W) را میتوان با استفاده از روشهای مختلفی مانند کندوپاش مگنترون، آبکاری یونی چند قوس، HiPIMS، یا{1}}پرتوی یونی- رسوب کرد. سوال واقعی این است: کاربرد مورد نظر برای تنگستن چیست؟ آیا به دنبال ایجاد یک لایه تنگستن خالص، کاربید تنگستن (WC)، یک ناخالصی جزئی در پوشش W-DLC، یا یک لایه انتقال-بار{{6} بالا هستید؟
مناسب ترین روش بسته به هدف متفاوت است.
بزرگترین مزیت کندوپاش مگنترون برای W "کنترل آسان" است.
هدف W یک هدف رسانا است و می تواند برای کندوپاش مگنترون استفاده شود. یونهای Ar هدف W را بمباران میکنند، اتمهای W را از بین میبرند و سپس آنها را روی سطح قطعه کار میگذارند.
مزایای استفاده از کندوپاش مگنترون برای رسوب تنگستن (W) واضح است: ذرات کمتر، سطح لایه صاف و ترکیب به راحتی قابل کنترل. این روش بهویژه برای پوششهای W-DLC مناسب است، جایی که کنترل دقیق محتوای تنگستن مورد نیاز است.
در W{0}}DLC، تنگستن عموماً جزء عملکردی اصلی نیست. شبکه کربن چیزی است که در واقع خواص اصطکاک کم- را ارائه می دهد. تنگستن برای تنظیم تنش داخلی، افزایش ظرفیت تحمل بار-و بهبود پایداری لایههای ضخیمتر عمل میکند. با این حال، افزودن بیش از حد تنگستن، ویژگی شبکه کربن اصطکاک پایین DLC را مختل می کند.
بنابراین، W-DLC بیشترین ترس را از خارج شدن محتوای W از کنترل دارد.
مزیت کندوپاش مگنترون در اینجا نهفته است. با تنظیم توان هدف W، نرخ جریان منبع کربن، ولتاژ بایاس و فشار هوا، میتوانید محتوای W را به آرامی به پنجره هدف بیاورید. به عنوان مثال، اگر W کم، W متوسط و W زیاد را مقایسه کنید، روند اصطکاک، سختی و تنش به وضوح قابل مشاهده است.
بنابراین، کندوپاش مگنترون یک مسیر بسیار متداول و پایدار برای دوپینگ خوب W، لایه انتقال W{0}C و لایه اصلی W-DLC است.
برای تنگستن (W) می توان از آبکاری یونی قوس چندگانه- استفاده کرد، اما چالش های بیشتری را به همراه دارد.
پردازش تنگستن با استفاده از آبکاری یونی چند قوس غیرممکن نیست.
نقاط قوس در فرآیندهای قوس کاتدی انرژی بسیار بالایی دارند. از نظر تئوری، آنها می توانند طیف وسیعی از فلزات با نقطه ذوب بالا، از جمله فلزات نسوز مانند W، Mo و Ta را تبخیر کنند. این واقعیت که تنگستن نقطه ذوب بالایی دارد به این معنی نیست که نمی تواند توسط نقطه قوسی تبخیر شود.
با این حال، فقط به این دلیل که امکان پذیر است به این معنی نیست که دستیابی به آن آسان است.
تنگستن (W) ماده ای است که با نقطه ذوب بالا و سختی بالا مشخص می شود. در نتیجه، فرآیندهایی مانند ماشینکاری هدف، بستن، خنکسازی، و حفظ پایداری احتراق قوس، چالشبرانگیزتر از اهداف استاندارد تیتانیوم (Ti) یا کروم (Cr) هستند.
هنگام استفاده از رسوب دهی چند قوس برای تنگستن، باید توجه ویژه ای به حرکت لکه قوس، فرسایش سطح هدف، گرمای بیش از حد موضعی، تشکیل ذرات و زبری سطح فیلم شود.
ویژگیهای قوس چندگانه سرعت یونیزاسیون فلز بالا، انرژی رسوب قوی و نیروی پیوند خوب است، اما به راحتی میتوان قطرات و ذرات بزرگ را وارد کرد.
برای اهداف قوس معمولی مانند Ti و Cr، ذرات در حال حاضر یک مشکل رایج در قوس های متعدد هستند. اگر با یک ماده با نقطه ذوب بالا مانند W جایگزین شود، حالت لکه قوس و فرسایش سطح هدف به خوبی کنترل نمی شود و ممکن است نقص سطح فیلم نیز آشکار باشد.
بنابراین، در حالی که میتوان از فناوری چند قوس برای رسوب تنگستن (W) استفاده کرد، اما برای کاربردهایی که نیاز به بمباران شدید یون فلزی، چسبندگی بالا و تقویت لایههای انتقالی یا بار{1} دارند، مناسبتر است. لزوماً برای تولید لایههای سطحی W{2}}DLC بسیار تصفیهشده که به سطوح ذرات کم و کنترل دقیق بر محتوای تنگستن نیاز دارند، ایدهآل نیست.
چرا افراد بیشتری هنگام تولید W-DLC، کندوپاش مگنترون را ترجیح میدهند؟
زیرا کلید W-DLC صرفاً در "تلفیق تنگستن" نیست، بلکه در تعیین میزان افزودن، محل توزیع آن و اینکه آیا این افزودن شبکه کربن را مختل می کند نهفته است.
با استفاده از یک هدف مگنترون-تنگستن پراکنده شده (W) در ارتباط با منبع کربن-مانند هدف گرافیتی، استیلن، متان یا سایر پلاسمای کربن{2}}به راحتی میتوان محتوای تنگستن کم را حفظ کرد و به آن اجازه میدهد در داخل ساختارهای WLC یا ماتریس ریز{3} C پراکنده شود. نانو-کاربیدها.
به این ترتیب، تنگستن برای افزایش ظرفیت تحمل بار و کاهش تنش عمل میکند، در حالی که شبکه کربن پیوسته باقی میماند و از حفظ خواص اصطکاک کم- اطمینان میدهد.
هنگام استفاده از منبع تنگستن (W) در یک فرآیند چند قوس-، شار یونهای فلزی تنگستن میتواند بسیار شدید باشد و باعث میشود که محتوای تنگستن محلی بسیار زیاد شود.
سطوح بالای تنگستن تمایل به تشکیل مقادیر قابل توجهی از فازهای WC یا W2C دارد و به طور موثر کربن را در ساختارهای کاربید قفل می کند. در نتیجه، پوشش حاصل ممکن است بهجای یک پوشش DLC با اصطکاک کم-بهعنوان یک پوشش سخت تنگستن-حاوی کامپوزیت کاربید تبدیل شود.
به عبارت دیگر، در حالی که مطمئناً میتوان از منبع تنگستن در رسوبگذاری چند قوس{0} استفاده کرد، پنجره کنترل محتوای تنگستن باریکتر و مدیریت آن دشوارتر است. علاوه بر این، باید توجه زیادی به ذرات سطحی و تداوم شبکه کربن شود.
چند-قوس W در کجا مناسبتر است؟
اگر W{0}}DLC است، ترجیح میدهم multi-arc W را بهعنوان ابزاری برای «لایه بهبود» یا «لایه انتقال» درک کنم، نه اینکه مستقیماً از آن برای ایجاد یک لایه کامل از DLC با محتوای W{2}}بالا استفاده کنم.
برای مثال، در نزدیکی زیرلایه، میتوان از یک لایه انتقال W یا WC برای بهبود تحمل بار-و اتصال استفاده کرد. یک گرادیان W-C میتواند در وسط ایجاد شود تا امکان انتقال تدریجی از فلز به کربن را فراهم کند. بیشترین سطح هنوز هم DLC غنی از کربن را حفظ می کند تا از اصطکاک کم و ضد چسبندگی اطمینان حاصل شود.
این طراحی منطقی تر از استفاده از یک لایه تنگستن (W) یکپارچه است.
اگر هدف DLC با اصطکاک کم نیست، بلکه یک لایه-سختی، مقاوم در برابر سایش-از W، WC یا W-C است، رویکرد چند قوس نیز ارزشمند است. این به این دلیل است که رسوب چند قوس، یونهای فلزی با انرژی بالا تولید میکند و در نتیجه پوششهای متراکم با چسبندگی قوی-برای ایجاد لایههای مقاوم و مقاوم در برابر سایش ایدهآل است.
با این حال، اگر مشتری به سطح فوقالعاده صاف، حداقل ذرات و ضریب اصطکاک کم نیاز داشته باشد، هنگام تکیه صرفاً بر روی رسوب چند قوس برای تنگستن باید احتیاط کرد.
اگر در حال تولید -روکشهای DLC-بهویژه در جایی که تمرکز بر اصطکاک کم، خواص ضد{2}}چسبندگی، اجزای لغزنده یا سطوح صاف قالب است{3}}استفاده از کندوپاش مگنترون یا HiPIMS را برای رسوب دادن منبع تنگستن (W) در ترکیب با یک خودرو در اولویت قرار دهید. این رویکرد امکان کنترل بهتر بر محتوای تنگستن را فراهم می کند، سطح پوشش ریزتری را به همراه دارد و حفظ ساختار شبکه کربن را آسان تر می کند.
اگر نیاز به تولید یک لایه انتقالی W-C دارید که ضخیمتر است، ظرفیت باربری بالاتری ارائه میدهد و به چسبندگی قوی نیاز دارد، ممکن است از یک منبع چند-قوسی W یا یک منبع ترکیبی ترکیبی از کندوپاش چند قوس و مگنترون استفاده کنید.
اگر قصد دارید لایههای مقاوم در برابر سایش-نوع WC یا WC خالص، روش چند{2}}قوسی نیز یک گزینه است، اگرچه باید برای مقابله با چالشهایی مانند ذرات، استرس داخلی، فرسایش سطح هدف و زبری سطح آماده باشید.
بنابراین نتیجه گیری ساده است:
پوشش های تنگستن (W) را می توان نه تنها از طریق کندوپاش مگنترون، بلکه از طریق آبکاری چند قوس یونی نیز تولید کرد.
با این حال، کندوپاش مگنترون برای کنترل دقیق محتوای تنگستن و دستیابی به سطحی با حداقل ذرات مناسبتر است، در حالی که آبکاری چند قوس برای ایجاد لایههای انتقال W یا W{-C که با یونیزاسیون بالا، چسبندگی قوی و ظرفیت باربری بالا مشخص میشوند، برتر است. رویکرد بهینه اغلب شامل یک استراتژی ترکیبی به جای انتخاب یک روش بر روش دیگر است: استفاده از یک لایه تنگستن در پایه برای افزایش ظرفیت بار-در حالی که یک لایه کربن DLC با اصطکاک کم- روی سطح حفظ میشود.
