معرفی فناوری HiPIMS

شماره 1 اصل کندوپاش مگنترون پالسی با توان بالا
تکنیک کندوپاش مگنترون پالسی با توان بالا از توان پالس اوج بالا (2 تا 3 مرتبه بزرگتر از کندوپاش مگنترون معمولی) و چرخه وظیفه پالس کم (0.5٪ -10٪) برای دستیابی به نرخ های تفکیک فلز بالا (بیش از 50٪) استفاده می کند. از ویژگی های کندوپاش مگنترون، همانطور که در تصویر 1 نشان داده شده است، مشتق شده است، جایی که اوج چگالی جریان هدف I متناسب با توان نمایی n ام ولتاژ تخلیه U، I = kUn است (n یک ثابت مربوط به ساختار کاتد، میدان مغناطیسی است. و مواد).در چگالی توان کمتر (ولتاژ پایین) مقدار n معمولاً در محدوده 5 تا 15 است.با افزایش ولتاژ تخلیه، چگالی جریان و چگالی توان به سرعت افزایش می‌یابد و در ولتاژ بالا مقدار n به دلیل از بین رفتن محصور شدن میدان مغناطیسی 1 می‌شود.اگر در چگالی توان کم، تخلیه گاز توسط یون های گازی که در حالت تخلیه پالسی معمولی هستند تعیین می شود.اگر در چگالی توان بالا، نسبت یون‌های فلزی در پلاسما افزایش می‌یابد و برخی مواد تغییر می‌کنند، که در حالت خود کندوپاش قرار می‌گیرد، یعنی پلاسما با یونیزاسیون ذرات خنثی پراکنده شده و یون‌های فلزی ثانویه و اتم‌های گاز بی‌اثر حفظ می‌شود. مانند Ar فقط برای احتراق پلاسما استفاده می شود، پس از آن ذرات فلزی پراکنده شده در نزدیکی هدف یونیزه می شوند و برای بمباران هدف پراکنده شده تحت تأثیر میدان های مغناطیسی و الکتریکی برای حفظ تخلیه جریان بالا، شتاب می گیرند، و پلاسما بسیار بالا است. ذرات فلزی یونیزه شدهبا توجه به فرآیند کندوپاش اثر گرمایی روی هدف، به منظور اطمینان از عملکرد پایدار هدف در کاربردهای صنعتی، چگالی توان اعمال شده مستقیماً به هدف نمی تواند خیلی زیاد باشد، به طور کلی خنک کننده مستقیم آب و هدایت حرارتی مواد هدف باید در مورد 25 W / cm2 زیر باشد، خنک کننده غیر مستقیم آب، رسانایی حرارتی مواد هدف ضعیف است، مواد هدف ناشی از تکه تکه شدن به دلیل تنش حرارتی یا مواد هدف حاوی اجزای آلیاژی کم فرار است و سایر موارد چگالی توان فقط می تواند در 2 ~ 15 W / cm2 زیر، بسیار کمتر از الزامات چگالی توان بالا.مشکل گرمای بیش از حد هدف را می توان با استفاده از پالس های بسیار باریک با توان بالا حل کرد.آندرس کندوپاش مگنترون پالسی پرقدرت را نوعی کندوپاش پالسی تعریف می‌کند که در آن چگالی توان حداکثر 2 تا 3 مرتبه بزرگی از چگالی توان متوسط ​​فراتر می‌رود و کندوپاش یون هدف بر فرآیند کندوپاش غالب است و اتم‌های کندوپاش هدف به شدت جدا می‌شوند. .

شماره 2 ویژگی های رسوب پوشش کندوپاش مگنترون پالس با توان بالا

کندوپاش مگنترون پالسی با توان بالا می تواند پلاسما با نرخ تفکیک بالا و انرژی یونی بالا تولید کند و می تواند فشار بایاس را برای تسریع یون های باردار اعمال کند و فرآیند رسوب پوشش توسط ذرات پر انرژی بمباران می شود که یک فناوری IPVD معمولی است.انرژی و توزیع یون تأثیر بسیار مهمی بر کیفیت و عملکرد پوشش دارد.
درباره IPVD، بر اساس مدل معروف منطقه ساختاری تورتون، آندرس یک مدل منطقه ساختاری را پیشنهاد کرد که شامل رسوب پلاسما و حکاکی یونی است، رابطه بین ساختار پوشش و دما و فشار هوا در مدل منطقه ساختاری تورتون را به رابطه بین ساختار پوشش گسترش داد. دما و انرژی یون، همانطور که در تصویر 2 نشان داده شده است. در مورد پوشش رسوب یونی کم انرژی، ساختار پوشش مطابق با مدل منطقه ساختار تورتون است.با افزایش دمای رسوب، انتقال از منطقه 1 (بلورهای فیبر متخلخل شل) به منطقه T (بلورهای فیبر متراکم)، منطقه 2 (بلورهای ستونی) و منطقه 3 (منطقه تبلور مجدد).با افزایش انرژی یونی رسوب، دمای انتقال از منطقه 1 به منطقه T، منطقه 2 و منطقه 3 کاهش می یابد.کریستال های الیافی با چگالی بالا و کریستال های ستونی را می توان در دمای پایین تهیه کرد.وقتی انرژی یون‌های رسوب‌شده به مرتبه 1-10 eV افزایش می‌یابد، بمباران و اچ کردن یون‌ها روی سطح پوشش‌های رسوب‌شده افزایش می‌یابد و ضخامت پوشش‌ها افزایش می‌یابد.

شماره 3 تهیه لایه پوشش سخت با فناوری کندوپاش مگنترون پالسی بالا
پوشش تهیه شده توسط فناوری کندوپاش مگنترون پالسی با توان بالا متراکم تر است، با خواص مکانیکی بهتر و پایداری در دمای بالا.همانطور که در تصویر 3 نشان داده شده است، پوشش TiAlN پراکنده شده با مگنترون معمولی یک ساختار کریستالی ستونی با سختی 30 گیگا پاسکال و مدول یانگ 460 گیگا پاسکال است.سختی پوشش HIPIMS-TiAlN 34 GPa است در حالی که مدول یانگ 377 GPa است.نسبت بین سختی و مدول یانگ معیاری از چقرمگی پوشش است.سختی بالاتر و مدول یانگ کوچکتر به معنای چقرمگی بهتر است.پوشش HIPIMS-TiAlN پایداری دمای بالا بهتری دارد، با فاز شش ضلعی AlN در پوشش معمولی TiAlN پس از عملیات بازپخت در دمای بالا در 1000 درجه سانتی گراد به مدت 4 ساعت رسوب می‌کند.سختی پوشش در دمای بالا کاهش می یابد، در حالی که پوشش HIPIMS-TiAlN پس از عملیات حرارتی در همان دما و زمان بدون تغییر باقی می ماند.پوشش HIPIMS-TiAlN همچنین دارای دمای شروع بالاتر اکسیداسیون در دمای بالا نسبت به پوشش معمولی است.بنابراین، پوشش HIPIMS-TiAlN عملکرد بسیار بهتری را در ابزارهای برش با سرعت بالا نسبت به سایر ابزارهای روکش شده تهیه شده توسط فرآیند PVD نشان می دهد.