Propiedades mecánicas de los nanomateriales de TiN / Ti por placas de ión de arco.

- Mar 30, 2019-

Propiedades mecánicas de los nanomateriales de TiN / Ti por placas de ión de arco.

 

Las películas multicapa de TiN / Ti con ciclos de nano-modulación se sintetizaron mediante placas de iones de arco múltiple con diferentes parámetros de deposición. Los efectos del período de modulación en la microestructura, la morfología de la superficie y las propiedades mecánicas de los nanomateriales TiN / Ti se estudiaron mediante difracción de rayos X (XRD), microscopio electrónico de barrido (SEM), probador de banco xp-2, probador de nano sangría de tipo xp y Espectrómetro de energía de rayos X (EDS). Los resultados muestran que la película de TiN está compuesta de TiN y Ti, y no hay otra fase heterogénea. La película multicapa TiN / Ti tiene un aspecto denso, suave y un color dorado uniforme. Con la disminución del ciclo de modulación, el número y el tamaño de las partículas grandes en la superficie de la película disminuyen, y el contenido de nitrógeno aumenta gradualmente, y la dureza de la película presenta una tendencia creciente.

 

En los últimos años, la deposición física de vapor de película delgada preparada por una alta dureza, el rendimiento químico es estable y tiene buenas ventajas de rendimiento de fricción, se utiliza ampliamente en herramientas de corte, moldes, todo tipo de piezas resistentes al desgaste y áreas como la microelectrónica, pero bajo la temperatura alta de 550 ℃, la oxidación fácil de TiO2, afecta su rendimiento. Con la mejora continua de los requisitos de procesamiento, cada vez es más importante estudiar películas con mejores propiedades integrales. El rendimiento de las películas delgadas se ha mejorado en cierta medida al mejorar los procesos, como la filtración magnética de gotas grandes, el recubrimiento de las películas compuestas para optimizar las propiedades y la adición de otros metales, como Al, C, Cr, Zr, etc. se ha informado en la literatura que las características estructurales de los materiales compuestos de múltiples capas y la compleja interfaz entre las capas pueden mejorar la tenacidad y la resistencia al agrietamiento de la película. Sin embargo, existen pocos estudios sobre sus propiedades en la actualidad. Basado en el recubrimiento de TiN y la estructura de múltiples capas, este documento adopta el método de galvanización de iones de múltiples arcos para preparar películas de múltiples capas de TiN / Ti, y analiza y estudia la influencia del período de modulación en su estructura y rendimiento.

 

1. Experimento

Las películas de múltiples capas de TiN / Ti se prepararon por medio de placas iónicas multiarc SA-700 6T sobre sustrato de acero de alta velocidad.

 

El tamaño de muestra del sustrato de acero de alta velocidad es de 10 mm, 10 mm, 15 mm. En primer lugar, la muestra de sustrato de acero de alta velocidad se pule sucesivamente sobre papel de lija no. 600, no. 900, no. 1200, no. 1500 y no. 2000. Luego, se pule el micropolvo de corindón en la máquina pulidora para que la superficie del sustrato de acero de alta velocidad aparezca como un espejo. Antes del recubrimiento, las muestras se lavaron con etanol y acetona anhidros durante 15 minutos respectivamente, y luego se secaron y se colocaron en la gradilla de muestras en la cámara con una distancia de base objetivo de 300 mm. En el trabajo, la película de deposición del blanco de Ti puro se utiliza para encender el arco del blanco del cátodo, que se vaporiza mediante el arco. El vacío de la cámara de deposición se bombeó por debajo de 5 10-3 Pa, y se inyectó gas Ar para limpieza de brillo y chisporroteo.

 

Debido a su buena resistencia a la fractura y al efecto de supermodelo superduro, la película multicapa nanométrica ha atraído mucha atención. Para la película de múltiples capas nanométrica formada por Ti y TiN, la suma del grosor de las dos capas adyacentes se denomina período de modulación, y la relación de su grosor se denomina relación de modulación. El período de modulación es uno de los principales factores que afectan el rendimiento de las películas multicapa de TiN / Ti. En el experimento, se supone que las tasas de deposición de las dos películas delgadas son las mismas, y la relación de tiempo de deposición de la capa de TiN y la capa de Ti es de 5: 1, es decir, la relación de modulación nominal es de 5: 1. Para preparar películas multicapa con un rendimiento excelente, este experimento diseñó depositar 4 grupos de muestras con diferentes períodos de modulación en la misma proporción de modulación nominal. Los parámetros del proceso experimental específico se muestran en la tabla 1. En primer lugar, el flujo de gas Ar y el flujo de N2 se ajustaron para depositar 50minTiN. El flujo de gas Ar y la presión se ajustaron para depositar 10 minTi. La red de tecnología de vacío (http://www.chvacuum.com/) cree que bajo las mismas condiciones experimentales, el número de ciclo se cambia cambiando el tiempo para depositar TiN y Ti asegurando que el tiempo experimental total y la relación de modulación son constante.

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Tabla 1 Parámetros del proceso experimental multicapa TiN / Ti

 

Los efectos del período de modulación sobre la microestructura, la morfología de la superficie y las propiedades mecánicas de los nanofilms de TiN / Ti se estudiaron mediante difracción de rayos X (XRD), microscopio electrónico de barrido (SEM), probador de banco xp-2, probador de nano-indentación tipo xp y espectrómetro de energía de rayos X (EDS).

 

3. Conclusión

(1) la película estaba compuesta de TiN y Ti, y no hubo otras fases heterogéneas. Además, la película de TiN creció de manera óptima a lo largo de la superficie (111) dispuesta de cerca con una estructura cúbica centrada en el plano.

(2) La película multicapa TiN / Ti tiene un aspecto denso y suave y un color dorado uniforme. Con la disminución del ciclo de modulación, el número y el tamaño de las partículas grandes en la superficie de la película disminuyen, y el contenido de nitrógeno aumenta gradualmente, lo que indica que Ti y N2 reaccionan gradualmente.

(3) con la disminución del período de modulación, la dureza vickers presenta una tendencia creciente, lo que indica que el período de modulación tiene un impacto significativo en la dureza de la película.

 

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