Về mặt nguyên lý PVD, vonfram (W) có thể được lắng đọng bằng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như phún xạ magnetron, mạ ion đa-hồ quang, HiPIMS hoặc lắng đọng được hỗ trợ bởi-chùm tia{2}}ion. Câu hỏi thực sự là: ứng dụng dự kiến của vonfram là gì? Bạn đang muốn tạo một lớp vonfram nguyên chất, cacbua vonfram (WC), chất pha tạp nhỏ trong lớp phủ W-DLC hoặc lớp chuyển tiếp-chịu tải-cao?
Phương pháp phù hợp nhất sẽ khác nhau tùy theo mục tiêu.
Ưu điểm lớn nhất của phún xạ magnetron cho W là “dễ điều khiển”
Mục tiêu W là mục tiêu dẫn điện và có thể được sử dụng để phún xạ magnetron. Các ion Ar bắn phá mục tiêu W, đánh bật các nguyên tử W và sau đó lắng đọng chúng trên bề mặt phôi.
Ưu điểm của việc sử dụng phương pháp phún xạ magnetron để lắng đọng vonfram (W) là rõ ràng: ít hạt hơn, bề mặt màng mịn và thành phần dễ kiểm soát. Phương pháp này đặc biệt-phù hợp với lớp phủ W-DLC, nơi cần phải kiểm soát chính xác hàm lượng vonfram.
Trong W-DLC, vonfram thường không phải là thành phần chức năng chính. Mạng lưới cacbon thực sự mang lại đặc tính ma sát thấp; vonfram có tác dụng điều chỉnh ứng suất bên trong, nâng cao khả năng chịu tải-và cải thiện độ ổn định của màng dày hơn. Tuy nhiên, việc bổ sung quá nhiều vonfram sẽ làm gián đoạn đặc tính-mạng lưới carbon ma sát thấp của DLC.
Vì vậy, W{0}}DLC sợ nhất là nội dung W sẽ vượt quá tầm kiểm soát.
Lợi ích của phún xạ magnetron nằm ở đây. Bạn có thể từ từ đưa nội dung W đến cửa sổ mục tiêu bằng cách điều chỉnh công suất mục tiêu W, tốc độ dòng nguồn carbon, điện áp phân cực và áp suất không khí. Ví dụ: nếu bạn so sánh W thấp, W trung bình và W cao, có thể thấy rõ xu hướng ma sát, độ cứng và ứng suất.
Do đó, phún xạ magnetron là một con đường rất phổ biến và ổn định cho pha tạp W mịn, lớp chuyển tiếp W-C và lớp chính W-DLC.
Lớp mạ ion đa{0}}có thể được sử dụng cho vonfram (W), nhưng nó đặt ra những thách thức lớn hơn.
Không phải là không thể xử lý vonfram bằng cách sử dụng lớp mạ ion đa{0}}hồ quang.
Các vết hồ quang trong quá trình hồ quang catot có năng lượng cực cao; về mặt lý thuyết, chúng có thể làm bay hơi nhiều loại kim loại có nhiệt độ-nóng chảy{1}}cao, bao gồm cả các kim loại chịu lửa như W, Mo và Ta. Việc vonfram có điểm nóng chảy cao không có nghĩa là nó không thể bị bay hơi bởi điểm hồ quang.
Tuy nhiên, chỉ vì nó có thể không có nghĩa là nó dễ dàng đạt được.
Vonfram (W) là vật liệu có đặc điểm là nhiệt độ nóng chảy cao và độ cứng cao; do đó, các quy trình như gia công mục tiêu, kẹp, làm mát và duy trì độ ổn định đánh lửa hồ quang gặp nhiều thách thức hơn so với mục tiêu titan (Ti) hoặc crom (Cr) tiêu chuẩn.
Khi sử dụng phương pháp lắng đọng nhiều{0} hồ quang cho vonfram, phải đặc biệt chú ý đến chuyển động của điểm hồ quang, sự mài mòn bề mặt mục tiêu, quá nhiệt cục bộ, sự hình thành hạt và độ nhám bề mặt màng.
Đặc điểm của hồ quang đa{0}}là tốc độ ion hóa kim loại cao, năng lượng lắng đọng mạnh và lực liên kết tốt nhưng cũng dễ tạo ra các giọt và hạt lớn.
Đối với các mục tiêu hồ quang thông thường như Ti và Cr, các hạt đã là một vấn đề phổ biến ở nhiều hồ quang. Nếu nó được thay thế bằng vật liệu có điểm nóng chảy cao như W, thì trạng thái điểm hồ quang và sự mài mòn bề mặt mục tiêu không được kiểm soát tốt và các khuyết tật bề mặt màng cũng có thể rõ ràng.
Do đó, mặc dù công nghệ đa hồ quang có thể được sử dụng để lắng đọng vonfram (W), nhưng công nghệ này phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu bắn phá ion kim loại cường độ cao, độ bám dính cao và gia cố các lớp chuyển tiếp hoặc lớp chịu lực; nó không hẳn là lý tưởng để sản xuất các lớp bề mặt W{2}}DLC có độ tinh chế cao đòi hỏi mức độ hạt thấp và kiểm soát chính xác hàm lượng vonfram.
Tại sao nhiều người thích phún xạ magnetron hơn khi sản xuất W{0}}DLC?
Bởi vì chìa khóa của W{0}}DLC không chỉ nằm ở việc "kết hợp vonfram" mà còn ở việc xác định lượng cần thêm, phân phối ở đâu và liệu việc bổ sung có phá vỡ mạng lưới carbon hay không.
Bằng cách sử dụng mục tiêu vonfram (W) phún xạ magnetron-kết hợp với nguồn cacbon-chẳng hạn như mục tiêu than chì, axetylen, metan hoặc plasma cacbon khác-việc duy trì hàm lượng vonfram thấp tương đối dễ dàng, cho phép nó phân tán trong ma trận DLC dưới dạng cấu trúc W-C hoặc cacbua nano{4}} mịn.
Bằng cách này, vonfram giúp nâng cao khả năng chịu tải-và giảm ứng suất, trong khi mạng lưới carbon vẫn liên tục, đảm bảo duy trì được các đặc tính ma sát thấp.
Khi sử dụng nguồn vonfram (W) trong quy trình nhiều{0}}hồ quang, dòng ion kim loại vonfram có thể khá mạnh, khiến hàm lượng vonfram cục bộ dễ dàng trở nên quá cao.
Mức vonfram cao có xu hướng thúc đẩy sự hình thành một lượng đáng kể các pha WC hoặc W₂C, khóa cacbon thành cấu trúc cacbua một cách hiệu quả. Do đó, lớp phủ thu được có thể trở thành lớp phủ cứng tổng hợp cacbua-có chứa vonfram thay vì lớp phủ DLC có độ ma sát thấp-.
Nói cách khác, mặc dù chắc chắn có thể sử dụng nguồn vonfram trong quá trình lắng đọng nhiều{0}}hồ quang, nhưng cơ hội kiểm soát hàm lượng vonfram hẹp hơn và khó quản lý hơn; hơn nữa, phải chú ý chặt chẽ đến các hạt bề mặt và tính liên tục của mạng lưới carbon.
Nhiều-cung W phù hợp hơn để đặt ở đâu?
Nếu là W{0}}DLC, tôi muốn hiểu multi{1}}arc W là một công cụ dành cho "lớp nâng cao" hoặc "lớp chuyển tiếp", hơn là sử dụng trực tiếp nó để tạo cả một lớp DLC có nội dung W-cao.
Ví dụ: gần lớp nền, lớp chuyển tiếp W hoặc WC có thể được sử dụng để cải thiện khả năng chịu tải và liên kết; độ dốc W-C có thể được tạo ở giữa để cho phép chuyển đổi dần dần từ kim loại sang carbon; bề mặt lớn nhất vẫn duy trì DLC-giàu carbon để đảm bảo độ ma sát thấp và khả năng chống-bám dính.
Thiết kế này hợp lý hơn so với việc sử dụng lớp vonfram (W) nguyên khối.
Nếu mục tiêu không phải là DLC-ma sát thấp mà là lớp-có độ cứng, chống mài mòn-cao của W, WC hoặc W-C thì phương pháp tiếp cận nhiều-cung cũng có giá trị. Điều này là do sự lắng đọng nhiều{6}}hồ quang tạo ra các ion kim loại có năng lượng-cao, dẫn đến lớp phủ dày đặc có độ bám dính mạnh-lý tưởng để tạo ra các lớp bền chắc, chống mài mòn-.
Tuy nhiên, nếu khách hàng yêu cầu bề mặt cực kỳ mịn, có ít hạt nhất và hệ số ma sát thấp thì người ta nên thận trọng khi chỉ dựa vào quá trình lắng đọng đa{0}}hồ quang cho vonfram.
Nếu bạn đang sản xuất lớp phủ W{0}}DLC-đặc biệt tập trung vào đặc tính ma sát thấp, chống{2}}dính, các bộ phận trượt hoặc bề mặt khuôn nhẵn-hãy ưu tiên sử dụng phương pháp phún xạ magnetron hoặc HiPIMS để lắng đọng thành phần vonfram (W), kết hợp với nguồn carbon để lắng đọng. Cách tiếp cận này cho phép kiểm soát tốt hơn hàm lượng vonfram, tạo ra bề mặt lớp phủ mịn hơn và giúp bảo tồn cấu trúc mạng lưới carbon dễ dàng hơn.
Nếu bạn cần tạo ra lớp chuyển tiếp W{0}}C dày hơn, có khả năng chịu tải-cao hơn và yêu cầu độ bám dính cao, bạn có thể cân nhắc sử dụng nguồn W đa{2}}cung hoặc nguồn kết hợp kết hợp phún xạ đa-hồ quang và magnetron.
Nếu bạn muốn tạo ra các lớp chống mài mòn-loại W hoặc WC{0}}tinh khiết, thì phương pháp đa-cung cũng là một lựa chọn, mặc dù bạn phải chuẩn bị để đối phó với những thách thức như hạt, ứng suất bên trong, sự mài mòn bề mặt mục tiêu và độ nhám bề mặt.
Do đó, kết luận rất đơn giản:
Lớp phủ vonfram (W) có thể được sản xuất không chỉ bằng phương pháp phún xạ magnetron mà còn bằng cách mạ ion đa hồ quang.
Tuy nhiên, phương pháp phún xạ magnetron phù hợp hơn để kiểm soát chính xác hàm lượng vonfram và đạt được bề mặt có ít hạt nhất, trong khi lớp mạ đa hồ quang- ưu việt hơn để tạo các lớp chuyển tiếp W hoặc W-C có đặc điểm là độ ion hóa cao, độ bám dính mạnh và khả năng chịu tải-cao. Cách tiếp cận tối ưu thường liên quan đến chiến lược kết hợp thay vì chọn phương pháp này thay vì phương pháp kia: sử dụng lớp vonfram ở đế để nâng cao khả năng chịu tải-trong khi vẫn giữ lại-lớp carbon DLC ma sát thấp trên bề mặt.
