Estudio sobre las propiedades de color de los recubrimientos de TiN fabricados con tecnología de revestimiento de iones multiaccres

- Jun 14, 2018-


El revestimiento delgado de TiN se deposita en la superficie del acero inoxidable 3Cr13 mediante tecnología de recubrimiento de iones multiac arco. Los efectos de las partículas grandes, la velocidad de flujo de nitrógeno y la corriente objetivo sobre las propiedades de color de las películas se investigaron mediante microscopía electrónica de barrido y fotómetro de espectro visible. Los resultados muestran que las partículas grandes consisten en una capa de cristal superficial, una capa intermedia y una capa de gotas, y una menor cantidad de partículas grandes no afecta el rendimiento del color de la película. Al aumentar la velocidad de flujo de nitrógeno, la reflectancia de la muestra mostró una tendencia descendente, el color coordina el valor rojo / verde a * y el valor amarillo / azul b * aumentado, la luminosidad L * disminuyó, el índice de cromaticidad C * ab aumentó y el ángulo de matiz H * ab disminuyó, el color de la película cambió gradualmente de gris plateado a amarillo oscuro. Sin embargo, a medida que la corriente objetivo aumentaba, el ángulo de matiz H * ab aumentaba, el índice de croma C * ab, los valores rojos / verdes a *, y los valores amarillos / azules b * disminuían, el color de la película cambiaba gradualmente de amarillo profundo a blanco plateado El cambio de la corriente objetivo cambia la relación atómica de titanio, y puede compensar el cambio del flujo de nitrógeno.

 

El acero inoxidable tiene una excelente resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste y otras características, ahora ha sido ampliamente utilizado en la vida cotidiana, la industria automotriz, la construcción y otras áreas, con la expansión de sus áreas de demanda, el acero inoxidable de color sale silenciosamente. El acero inoxidable de color no solo aumenta las propiedades decorativas y artísticas, sino que también mejora la resistencia a la corrosión y el desgaste del acero. Hoy en día, la aplicación del color del acero inoxidable es cada vez más extensa y los requisitos son cada vez más altos. La tecnología de tratamiento de superficies de acero inoxidable afecta directamente la aplicación y el desarrollo del color del acero inoxidable, y también tiene un gran valor práctico y una importancia práctica para el estudio de la coloración de superficies de acero inoxidable.

 

La película de TiN tiene las ventajas de alta dureza, buena inercia química, color único, etc. Se usa ampliamente en recubrimientos de superficie resistentes al desgaste y resistentes a la corrosión, barreras de difusión de semiconductores e industrias de decoración. El uso de la tecnología de placas de iones multi-arco para hacer películas decorativas de nitruro de titanio de oro sobre la superficie de metal tiene las ventajas de alta eficiencia de producción, bajo costo de proceso, rendimiento estable de la película, etc. Este método ya ha entrado en la etapa de producción práctica. El propósito de este trabajo es estudiar sistemáticamente la influencia de partículas grandes, flujo de nitrógeno y corriente objetivo sobre el color de las películas de TiN, así como las reglas de cambio, para proporcionar la base para la fabricación de películas decorativas de oro de imitación de nitruro de titanio -Tecnología de recubrimiento iónico y la optimización del color de la película.

 

1. El contenido experimental

 

1. 1. Equipo y materiales experimentales

 

En este experimento, se utilizó una máquina de revestimiento de iones multi arco de tipo AIP-01 para el recubrimiento. El objetivo de pulverización catódica era un objetivo de titanio con una pureza del 99,9%. El gas de trabajo era argón gaseoso (Ar) con una pureza de 99, 99%. El gas de reacción era nitrógeno (N2) con una pureza de 99,99%, el sustrato es acero inoxidable 3Cr13 con dimensiones de 40 mm x 20 mm x 2 mm.

 

1. 2. Método experimental

 

Después de la molienda y el pulido, el sustrato se lavó ultrasónicamente con acetona y etanol absoluto durante 15 minutos en secuencia, y luego se colocó en una máquina de revestimiento después del secado. Luego bombee el vacío al grado de al menos 6,0 × 10-3 Pa, y calentando a la temperatura de deposición. El gas argón se aireó para trabajar la presión, luego comenzó el arco objetivo primero para revestir una capa inferior de titanio puro en 5 minutos (el proceso se muestra en la Tabla 1), y luego airear el nitrógeno para depositar una película de TiN.

 

Tabla 1 Proceso de titanio puro

 

Ti Target Current / A
Ar Flow / L / min
Grado de vacío / Pa Sesgo / V Temperaura / ℃
20
0.025-0.027 0.5 * 10 0 -200
200-230


La superficie de la muestra se recubrió con diferentes parámetros de proceso (flujo de nitrógeno y corriente objetivo), y luego se utilizó el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo LEO-1530VP (FE-SEM) para observar la morfología de la película.

 

Las propiedades de color de las películas de TiN se midieron mediante un espectrofotómetro Perkin Elmer Lambda 950 UV / Vis. Referido a tres tipos de iluminantes recomendados por la Comisión Internacional de Iluminación (CIE): iluminantes estándar A, C y D65. La reflectancia espectral ρ (λ) de la película se mide con un espectrofotómetro y luego se usa su propio sistema de análisis de datos para calcular los tres parámetros ortogonales de las coordenadas de color LAB bajo los tres iluminantes estándar: L *, a *, b *, en el sistema de color estándar nacional CIE 1976 (L *, a *, b *), L * indica el brillo del color (L * = 0 genera negro y L * = 100 indica blanco), a * indica dirección rojo-verde ( + a * indica dirección roja, -a * indica dirección verde), y b * indica dirección de color amarillo-azul (+ b * indica dirección amarilla, - b * indica dirección azul). Las coordenadas de color h * ab y el índice de crominancia C * ab se calculan mediante las coordenadas de color. El ángulo de matiz H * ab representa la longitud de onda dominante, y el índice de croma C * ab representa la pureza del color:

 

H * ab = arctan (b * / a * ) (1)

C * ab = (a * 2 + b * 2 ) 1/2 (2)


2. Conclusión

 

(1) La mayoría de las partículas grandes consisten en una capa de gotitas, una capa intermedia y una capa cristalina. La capa cristalina está expuesta en la superficie. Cuando el número de partículas grandes es pequeño, la influencia sobre el color de la película es pequeña. Si el número de partículas grandes es demasiado grande, disminuirán las partículas grandes que cubren la película, la reflectancia y el brillo de la película.

 

(2) Las películas de nitruro de titanio que tienen un color que va desde el plateado al amarillo oscuro pueden fabricarse bajo diferentes condiciones de flujo de nitrógeno. A medida que aumenta la velocidad de flujo de nitrógeno, la curva de reflectividad de la película disminuye, mostrando disminución en el brillo L * y el ángulo de matiz H * ab, y aumento en el valor rojo / verde a *, un valor amarillo / azul b * y un índice de saturación C * ab en el espacio de cromaticidad LAB.

 

(3) A medida que la corriente objetivo aumenta, se pueden fabricar películas de nitruro de titanio de color amarillo intenso a blanco plateado, que exhiben un aumento en el ángulo de matiz H * ab e índice de color C * ab, y disminución del valor rojo / verde a * y el valor amarillo / azul b * en el espacio de color LAB. Como el cambio de la corriente objetivo puede cambiar la relación atómica de titanio y nitrógeno en la película, para compensar el cambio del caudal de nitrógeno. Por lo tanto, el grado de L * aumenta gradualmente en la parte frontal a medida que aumenta la corriente objetivo, y la disminución del valor L * en la parte posterior debe ser causada por la generación de un gran número de partículas grandes y otros defectos en la película capa a medida que la corriente aumenta aún más.