Panimula sa Teknolohiya ng HiPIMS

No.1 Prinsipyo ng high power pulsed magnetron sputtering
Ang high power pulsed magnetron sputtering technique ay gumagamit ng mataas na peak pulse power (2-3 order ng magnitude na mas mataas kaysa sa conventional magnetron sputtering) at mababang pulse duty cycle (0.5%-10%) upang makamit ang mataas na metal dissociation rate (>50%), na ay nagmula sa mga katangian ng magnetron sputtering, tulad ng ipinapakita sa Pic 1, kung saan ang peak target na kasalukuyang density I ay proporsyonal sa exponential nth power ng discharge voltage U, I = kUn (n ay isang pare-parehong nauugnay sa istraktura ng cathode, magnetic field. at materyal).Sa mas mababang densidad ng kapangyarihan (mababang boltahe) ang halaga ng n ay karaniwang nasa hanay na 5 hanggang 15;sa pagtaas ng discharge boltahe, ang kasalukuyang density at power density ay mabilis na tumataas, at sa mataas na boltahe ang n value ay nagiging 1 dahil sa pagkawala ng magnetic field confinement.Kung sa mababang densidad ng kuryente, ang paglabas ng gas ay tinutukoy ng mga gas ions na nasa normal na pulsed discharge mode;kung sa mataas na densidad ng kapangyarihan, ang proporsyon ng mga metal ions sa plasma ay tumataas at ang ilang mga materyales ay lumipat, iyon ay nasa self-sputtering mode, ibig sabihin, ang plasma ay pinapanatili ng ionization ng sputtered neutral particle at pangalawang metal ions, at inert gas atoms tulad ng Ar ay ginagamit lamang upang mag-apoy sa plasma, pagkatapos kung saan ang mga tumalsik na particle ng metal ay ionized malapit sa target at pinabilis pabalik upang bombahin ang sputtered target sa ilalim ng pagkilos ng magnetic at electric field upang mapanatili ang mataas na kasalukuyang discharge, at ang plasma ay mataas. ionized na mga particle ng metal.Dahil sa proseso ng sputtering ng heating effect sa target, upang matiyak ang matatag na operasyon ng target sa mga pang-industriyang aplikasyon, ang power density na direktang inilapat sa target ay hindi maaaring masyadong malaki, sa pangkalahatan ay direktang paglamig ng tubig at target na thermal conductivity. ay dapat na sa kaso ng 25 W / cm2 sa ibaba, hindi direktang paglamig ng tubig, target na materyal thermal kondaktibiti ay mahirap, target na materyal na sanhi ng pagkapira-piraso dahil sa thermal stress o target na materyal ay naglalaman ng mababang pabagu-bago ng isip bahagi haluang metal at iba pang mga kaso ng power density ay maaari lamang sa 2 ~ 15 W / cm2 sa ibaba, malayo sa ibaba ng mga kinakailangan ng mataas na density ng kapangyarihan.Ang problema ng target na overheating ay maaaring malutas sa pamamagitan ng paggamit ng napakakitid na high power pulses.Tinukoy ni Anders ang high-power pulsed magnetron sputtering bilang isang uri ng pulsed sputtering kung saan ang peak power density ay lumampas sa average na power density ng 2 hanggang 3 orders of magnitude, at ang target na ion sputtering ay nangingibabaw sa proseso ng sputtering, at ang target na sputtering atoms ay lubos na naghihiwalay. .

No.2 Ang mga katangian ng high power pulsed magnetron sputtering coating deposition

Ang high power pulsed magnetron sputtering ay maaaring makabuo ng plasma na may mataas na rate ng dissociation at mataas na enerhiya ng ion, at maaaring maglapat ng bias pressure upang mapabilis ang mga naka-charge na ions, at ang proseso ng pag-deposito ng coating ay binomba ng mga particle na may mataas na enerhiya, na isang tipikal na teknolohiya ng IPVD.Ang enerhiya at pamamahagi ng ion ay may napakahalagang epekto sa kalidad at pagganap ng patong.
Tungkol sa IPVD, batay sa sikat na Thorton structural region model, iminungkahi ni Anders ang isang structural region model na kinabibilangan ng plasma deposition at ion etching, pinalawak ang ugnayan sa pagitan ng coating structure at temperatura at air pressure sa Thorton structural region model sa relasyon sa pagitan ng coating structure, temperatura at enerhiya ng ion, tulad ng ipinapakita sa Pic 2. Sa kaso ng low energy na ion deposition coating, ang istraktura ng coating ay umaayon sa Thorton structure zone model.Sa pagtaas ng temperatura ng deposition, ang paglipat mula sa rehiyon 1 (maluwag na buhaghag na mga kristal na hibla) patungo sa rehiyong T (mga siksik na kristal na hibla), rehiyon 2 (mga kristal na hanay) at rehiyon 3 (rehiyon ng pag-recrystallization);sa pagtaas ng deposition ion energy, bumababa ang temperatura ng paglipat mula sa rehiyon 1 patungo sa rehiyon T, rehiyon 2 at rehiyon 3.Ang mga high-density fiber crystal at columnar crystal ay maaaring ihanda sa mababang temperatura.Kapag tumaas ang enerhiya ng mga nadeposito na ion sa pagkakasunud-sunod na 1-10 eV, ang pagbobomba at pag-ukit ng mga ion sa ibabaw ng mga nadeposito na coatings ay tataas at ang kapal ng mga coatings ay tataas.

No.3 Paghahanda ng hard coating layer sa pamamagitan ng high power pulsed magnetron sputtering technology
Ang patong na inihanda ng high power pulsed magnetron sputtering technology ay mas siksik, na may mas mahusay na mekanikal na katangian at mataas na temperatura na katatagan.Gaya ng ipinapakita sa Pic 3, ang conventional magnetron sputtered TiAlN coating ay isang columnar crystal structure na may tigas na 30 GPa at isang Young's modulus na 460 GPa;ang HIPIMS-TiAlN coating ay 34 GPa hardness habang ang Young's modulus ay 377 GPa;ang ratio sa pagitan ng tigas at modulus ni Young ay isang sukatan ng tibay ng patong.Ang mas mataas na tigas at mas maliit na modulus ng Young ay nangangahulugan ng mas mahusay na tigas.Ang HIPIMS-TiAlN coating ay may mas mahusay na mataas na temperature stability, na may AlN hexagonal phase na namuo sa conventional TiAlN coating pagkatapos ng high temperature annealing treatment sa 1,000 °C sa loob ng 4 na oras.Bumababa ang katigasan ng coating sa mataas na temperatura, habang ang HIPIMS-TiAlN coating ay nananatiling hindi nagbabago pagkatapos ng heat treatment sa parehong temperatura at oras.Ang HIPIMS-TiAlN coating ay mayroon ding mas mataas na simula ng temperatura ng mataas na temperatura na oksihenasyon kaysa sa conventional coating.Samakatuwid, ang HIPIMS-TiAlN coating ay nagpapakita ng mas mahusay na pagganap sa mga high-speed cutting tool kaysa sa iba pang mga coated na tool na inihanda ng proseso ng PVD.