Predstavitev tehnologije HiPIMS

1. Princip visokozmogljivega impulznega magnetronskega razprševanja
Tehnika visokozmogljivega pulznega magnetronskega razprševanja uporablja visoko najvišjo impulzno moč (2-3 velikosti višje od običajnega magnetronskega razprševanja) in nizek impulzni delovni cikel (0,5 %-10 %) za doseganje visokih stopenj disociacije kovin (> 50 %), kar izhaja iz karakteristik magnetronskega razprševanja, kot je prikazano na sliki 1, kjer je največja ciljna gostota toka I sorazmerna z eksponentno n-to potenco razelektritvene napetosti U, I = kUn (n je konstanta, povezana s strukturo katode, magnetnim poljem in material).Pri nižjih gostotah moči (nizka napetost) je vrednost n običajno v območju od 5 do 15;z naraščajočo razelektritveno napetostjo se gostota toka in gostota moči hitro povečata, pri visoki napetosti pa vrednost n postane 1 zaradi izgube omejitve magnetnega polja.Če je pri nizkih gostotah moči plinska razelektritev določena s plinskimi ioni, ki je v običajnem impulznem načinu praznjenja;če se pri visokih gostotah moči delež kovinskih ionov v plazmi poveča in nekateri materiali preklopijo, to je v načinu samorazprševanja, tj. Plazma se vzdržuje z ionizacijo razpršenih nevtralnih delcev in sekundarnih kovinskih ionov ter atomov inertnega plina. kot je Ar, se uporabljajo le za vžig plazme, nato pa se razpršeni kovinski delci ionizirajo v bližini tarče in pospešijo nazaj, da obstreljujejo razpršeno tarčo pod delovanjem magnetnih in električnih polj, da se ohrani visokotokovna razelektritev, plazma pa je zelo visoka. ionizirani kovinski delci.Zaradi postopka razprševanja toplotnega učinka na tarčo, da bi zagotovili stabilno delovanje tarče v industrijskih aplikacijah, gostota moči, ki se neposredno nanese na tarčo, ne sme biti prevelika, na splošno neposredno vodno hlajenje in toplotna prevodnost ciljnega materiala mora biti v primeru 25 W/cm2 nižje, posredno vodno hlajenje, toplotna prevodnost ciljnega materiala je slaba, ciljni material zaradi razdrobljenosti zaradi toplotne obremenitve ali ciljni material vsebuje nizkohlapne komponente zlitin in drugi primeri gostote moči so lahko le v 2 ~ 15 W / cm2 spodaj, daleč pod zahtevami visoke gostote moči.Problem pregrevanja tarče je mogoče rešiti z uporabo zelo ozkih impulzov visoke moči.Anders opredeljuje visokozmogljivo impulzno magnetronsko razprševanje kot nekakšno impulzno razprševanje, pri katerem konična gostota moči presega povprečno gostoto moči za 2 do 3 velikostne rede, razprševanje ciljnih ionov prevladuje nad postopkom razprševanja in so atomi ciljnega razprševanja močno disociirani. .

Št. 2 Značilnosti visokozmogljivega nanosa prevleke z magnetronskim brizganjem

Visokozmogljivo impulzno magnetronsko razprševanje lahko proizvede plazmo z visoko stopnjo disociacije in visoko ionsko energijo ter lahko uporabi prednapetostni tlak za pospešitev nabitih ionov, proces nanašanja prevleke pa bombardirajo visokoenergijski delci, kar je tipična tehnologija IPVD.Energija in porazdelitev ionov zelo pomembno vplivata na kakovost in učinkovitost premaza.
O IPVD, ki temelji na znanem Thortonovem modelu strukturne regije, je Anders predlagal model strukturne regije, ki vključuje plazemsko nanašanje in ionsko jedkanje, razširil razmerje med strukturo prevleke ter temperaturo in zračnim tlakom v modelu Thortonove strukturne regije na razmerje med strukturo prevleke, temperaturo in ionsko energijo, kot je prikazano na sliki 2. V primeru nizkoenergijskega nanosa ionov je struktura prevleke skladna s Thortonovim modelom strukturne cone.Z naraščanjem temperature nanosa pride do prehoda iz regije 1 (kristali z ohlapnimi poroznimi vlakni) v regijo T (kristali z gostimi vlakni), regijo 2 (stebrasti kristali) in regijo 3 (rekristalizacijsko območje);z naraščanjem energije odlaganja ionov se temperatura prehoda iz regije 1 v regijo T, regijo 2 in regijo 3 zniža.Vlaknaste kristale z visoko gostoto in stebraste kristale je mogoče pripraviti pri nizki temperaturi.Ko se energija nanesenih ionov poveča na velikost reda 1-10 eV, se poveča obstreljevanje in jedkanje ionov na površini nanesenih premazov in poveča debelina premazov.

Št. 3 Priprava sloja trde prevleke s tehnologijo visokozmogljivega impulznega magnetronskega razprševanja
Prevleka, pripravljena s tehnologijo pulznega magnetronskega naprševanja visoke moči, je gostejša, z boljšimi mehanskimi lastnostmi in visoko temperaturno stabilnostjo.Kot je prikazano na sliki 3, je običajna magnetronsko napršena prevleka TiAlN stebrasta kristalna struktura s trdoto 30 GPa in Youngovim modulom 460 GPa;prevleka HIPIMS-TiAlN ima trdoto 34 GPa, medtem ko je Youngov modul 377 GPa;razmerje med trdoto in Youngovim modulom je merilo žilavosti prevleke.Višja trdota in manjši Youngov modul pomenita boljšo žilavost.Prevleka HIPIMS-TiAlN ima boljšo stabilnost pri visokih temperaturah, pri čemer se heksagonalna faza AlN izloči v običajni prevleki TiAlN po obdelavi z visokotemperaturnim žarjenjem pri 1000 °C 4 ure.Trdota prevleke se pri visoki temperaturi zmanjša, prevleka HIPIMS-TiAlN pa po toplotni obdelavi pri isti temperaturi in času ostane nespremenjena.Prevleka HIPIMS-TiAlN ima tudi višjo temperaturo začetka visokotemperaturne oksidacije kot običajna prevleka.Zato prevleka HIPIMS-TiAlN kaže veliko boljšo učinkovitost pri visokohitrostnih rezalnih orodjih kot druga prevlečena orodja, pripravljena s postopkom PVD.