Introdución á tecnoloxía HiPIMS

No.1 Principio de pulso de magnetrón de alta potencia
A técnica de pulso catódico con magnetrón pulsado de alta potencia utiliza unha potencia máxima de pulso alta (2-3 ordes de magnitude superior á catódica catódica con magnetrón convencional) e un ciclo de traballo de pulso baixo (0,5%-10%) para acadar altas taxas de disociación de metal (>50%), o que derívase das características de pulverización catódica do magnetrón, como se mostra na imaxe 1, onde a densidade máxima de corrente obxectivo I é proporcional á potencia exponencial n-ésima da tensión de descarga U, I = kUn (n é unha constante relacionada coa estrutura do cátodo, o campo magnético). e material).A densidades de potencia máis baixas (baixa tensión) o valor n adoita estar no rango de 5 a 15;co aumento da tensión de descarga, a densidade de corrente e de potencia aumentan rapidamente, e a alta tensión o valor n pasa a ser 1 debido á perda de confinamento do campo magnético.Se hai densidades de potencia baixas, a descarga de gas está determinada polos ións de gas que se atopan no modo normal de descarga pulsada;se a densidades de potencia elevadas, a proporción de ións metálicos no plasma aumenta e algúns materiais cambian, é dicir, no modo de pulverización automática, é dicir, o plasma mantense pola ionización de partículas neutras pulverizadas e ións metálicos secundarios e átomos de gas inerte. como Ar úsanse só para acender o plasma, despois de que as partículas metálicas pulverizadas son ionizadas preto do obxectivo e aceleradas de volta para bombardear o obxectivo pulverizado baixo a acción de campos magnéticos e eléctricos para manter a alta descarga de corrente, e o plasma é altamente partículas metálicas ionizadas.Debido ao proceso de pulverización do efecto de quecemento no obxectivo, a fin de garantir o funcionamento estable do obxectivo en aplicacións industriais, a densidade de enerxía aplicada directamente ao obxectivo non pode ser demasiado grande, xeralmente o refrixeración directa por auga e a condutividade térmica do material obxectivo. debe estar no caso de 25 W / cm2 por debaixo, o arrefriamento indirecto por auga, a condutividade térmica do material obxectivo é pobre, o material obxectivo causado pola fragmentación debido ao estrés térmico ou o material obxectivo contén compoñentes de aliaxe baixa volátil e outros casos de densidade de potencia só poden estar en 2 ~ 15 W / cm2 por debaixo, moi por debaixo dos requisitos de alta densidade de potencia.O problema do sobreenriquecemento do obxectivo pódese resolver utilizando pulsos de alta potencia moi estreitos.Anders define a pulverización catódica con magnetrón pulsado de alta potencia como un tipo de pulverización pulsátil onde a densidade de potencia máxima supera a densidade de potencia media en 2 ou 3 ordes de magnitude, e a pulverización catódica de ións obxectivo domina o proceso de pulverización e os átomos de pulverización son altamente disociados. .

No.2 As características da deposición de revestimento de magnetrón pulsado de alta potencia

A pulverización catódica de magnetrón pulsado de alta potencia pode producir plasma cunha alta taxa de disociación e alta enerxía iónica, e pode aplicar presión de polarización para acelerar os ións cargados, e o proceso de deposición do revestimento é bombardeado por partículas de alta enerxía, que é unha tecnoloxía IPVD típica.A enerxía e distribución dos ións teñen un impacto moi importante na calidade e rendemento do revestimento.
Acerca de IPVD, baseado no famoso modelo da rexión estrutural de Thorton, Anders propuxo un modelo de rexión estrutural que inclúe a deposición de plasma e o gravado iónico, estendeu a relación entre a estrutura do revestimento e a temperatura e a presión do aire no modelo da rexión estrutural de Thorton á relación entre a estrutura do revestimento. temperatura e enerxía iónica, como se mostra na imaxe 2. No caso do revestimento de deposición iónica de baixa enerxía, a estrutura do revestimento axústase ao modelo de zona de estrutura de Thorton.Co aumento da temperatura de deposición, a transición da rexión 1 (cristais de fibra porosa solta) á rexión T (cristais de fibra densa), rexión 2 (cristais columnares) e rexión 3 (rexión de recristalización);co aumento da enerxía dos ións de deposición, a temperatura de transición da rexión 1 á rexión T, rexión 2 e rexión 3 diminúe.Os cristais de fibra de alta densidade e os cristais columnares pódense preparar a baixa temperatura.Cando a enerxía dos ións depositados aumenta na orde de 1-10 eV, o bombardeo e o gravado dos ións na superficie dos revestimentos depositados realízase e aumenta o espesor dos revestimentos.

No.3 Preparación da capa de revestimento duro mediante tecnoloxía de pulverización catódica de magnetrón pulsado de alta potencia
O revestimento preparado pola tecnoloxía de pulverización catódica con magnetrón pulsado de alta potencia é máis denso, con mellores propiedades mecánicas e estabilidade a altas temperaturas.Como se mostra na imaxe 3, o revestimento TiAlN de magnetrón convencional é unha estrutura de cristal columnar cunha dureza de 30 GPa e un módulo de Young de 460 GPa;o revestimento HIPIMS-TiAlN ten unha dureza de 34 GPa mentres que o módulo de Young é de 377 GPa;a relación entre a dureza e o módulo de Young é unha medida da tenacidade do revestimento.A dureza máis alta e o módulo de Young máis pequeno significan unha mellor tenacidade.O revestimento HIPIMS-TiAlN ten unha mellor estabilidade a altas temperaturas, coa fase hexagonal de AlN precipitada no revestimento TiAlN convencional despois do tratamento de recocido a alta temperatura a 1.000 °C durante 4 h.A dureza do revestimento diminúe a alta temperatura, mentres que o revestimento HIPIMS-TiAlN permanece sen cambios despois do tratamento térmico á mesma temperatura e tempo.O revestimento HIPIMS-TiAlN tamén ten unha temperatura de inicio de oxidación a alta temperatura máis alta que o revestimento convencional.Polo tanto, o revestimento HIPIMS-TiAlN mostra un rendemento moito mellor en ferramentas de corte de alta velocidade que outras ferramentas revestidas preparadas polo proceso PVD.