Når det gjelder PVD-prinsipper, kan wolfram (W) avsettes ved hjelp av ulike metoder, som for eksempel magnetronforstøvning, multi-bue-ionplating, HiPIMS eller ione-stråle-avsetning. Det virkelige spørsmålet er: hva er den tiltenkte bruken for wolfram? Ønsker du å lage et rent wolframlag, wolframkarbid (WC), et mindre dopingmiddel i et W-DLC-belegg, eller et høyt-last-overgangslag?
Den mest passende metoden varierer avhengig av målet.
Den største fordelen med magnetronsputtering for W er "enkel kontroll"
W-målet er et ledende mål og kan brukes til magnetronsputtering. Ar ioner bombarderer W-målet, slår ut W-atomer, og legger dem deretter på overflaten av arbeidsstykket.
Fordelene ved å bruke magnetronsputtering for å avsette wolfram (W) er klare: færre partikler, en jevn filmoverflate og lett kontrollerbar sammensetning. Denne metoden er spesielt godt-egnet for W-DLC-belegg, der det kreves nøyaktig kontroll over wolframinnholdet.
I W-DLC er wolfram vanligvis ikke den primære funksjonelle komponenten. Karbonnettverket er det som faktisk gir lave-friksjonsegenskaper; wolfram tjener til å justere indre spenninger, forbedre-lastbærekapasiteten og forbedre stabiliteten til tykkere filmer. Tilsetning av for mye wolfram forstyrrer imidlertid karbonnettverket med lav-friksjon som er karakteristisk for DLC.
Derfor er W-DLC mest redd for at W-innholdet kommer ut av kontroll.
Her ligger fordelen med magnetronsputtering. Du kan sakte bringe W-innholdet til målvinduet ved å justere W-måleffekten, karbonkildens strømningshastighet, forspenning og lufttrykk. Hvis du for eksempel sammenligner lav W, middels W og høy W, kan trendene i friksjon, hardhet og stress sees tydelig.
Derfor er magnetronsputtering en veldig vanlig og stabil rute for fin W-doping, W-C-overgangslag og W-DLC-hovedlag.
Multi-arc ion plating kan brukes for wolfram (W), men det byr på større utfordringer.
Det er ikke umulig å behandle wolfram ved å bruke multi-arc ion plating.
Lysbueflekkene i katodiske lysbueprosesser har ekstremt høy energi; teoretisk sett kan de fordampe et bredt spekter av høy-smeltepunkt-metaller, inkludert ildfaste metaller som W, Mo og Ta. Det faktum at wolfram har et høyt smeltepunkt betyr ikke at det ikke kan fordampes av lysbuepunktet.
Men bare fordi det er mulig, betyr det ikke at det er lett å oppnå.
Wolfram (W) er et materiale preget av høyt smeltepunkt og høy hardhet; følgelig er prosesser som bearbeiding av mål, fastspenning, kjøling og opprettholdelse av lysbuetenningsstabilitet mer utfordrende enn med standard titan (Ti) eller krom (Cr) mål.
Når du bruker multi-bueavsetning for wolfram, må spesiell oppmerksomhet rettes mot buepunktbevegelse, måloverflateablasjon, lokal overoppheting, partikkeldannelse og ruhet av filmoverflaten.
Karakteristikkene til multi-buer er høy metallioniseringshastighet, sterk avsetningsenergi og god bindingskraft, men det er også lett å ta med dråper og store partikler.
For konvensjonelle lysbuemål som Ti og Cr er partikler allerede et vanlig problem i flere buer. Hvis det erstattes av et materiale med høyt smeltepunkt som W, er lysbuepunkttilstanden og måloverflateablasjonen ikke godt kontrollert, og filmoverflatedefekter kan også være åpenbare.
Selv om multi-bueteknologi kan brukes til å avsette wolfram (W), er den derfor bedre egnet for applikasjoner som krever intenst metallionbombardement, høy vedheft og forsterkning av overgangs- eller lastbærende lag; det er ikke nødvendigvis ideelt for å produsere de svært raffinerte W-DLC-overflatelagene som krever lave partikkelnivåer og presis kontroll over wolframinnholdet.
Hvorfor foretrekker flere mennesker magnetronsputtering når de produserer W-DLC?
Fordi nøkkelen til W-DLC ikke bare ligger i å "inkorporere wolfram", men i å bestemme hvor mye som skal tilsettes, hvor det skal distribueres, og om tilsetningen forstyrrer karbonnettverket.
Ved å bruke et magnetron-forstøvet wolfram (W)-mål i forbindelse med en karbonkilde-som et grafittmål, acetylen, metan eller annet karbonplasma-er det relativt enkelt å opprettholde et lavt wolframinnhold, slik at det kan spres i DLC-matrisen som fine W-C{4}-strukturer.
På denne måten tjener wolfram til å forbedre-bærekapasiteten og redusere stress, mens karbonnettverket forblir kontinuerlig, noe som sikrer at lav-friksjonsegenskaper bevares.
Når du bruker en wolframkilde (W) i en fler-bueprosess, kan fluksen av wolframmetallioner være ganske intens, noe som gjør det lett for det lokale wolframinnholdet å bli for høyt.
Høye wolframnivåer har en tendens til å fremme dannelsen av betydelige mengder WC- eller W₂C-faser, og låser effektivt karbonet inn i karbidstrukturer. Følgelig kan det resulterende belegget ende opp som et wolfram-holdig hardmetall-komposittbelegg i stedet for et DLC-belegg med lav-friksjon.
Med andre ord, mens det absolutt er mulig å bruke en wolframkilde i multi-buedeponering, er vinduet for å kontrollere wolframinnhold smalere og vanskeligere å administrere; Videre må det rettes stor oppmerksomhet mot overflatepartikler og kontinuiteten i karbonnettverket.
Hvor er multi-arc W bedre egnet til å plasseres?
Hvis det er W-DLC, foretrekker jeg å forstå multi-arc W som et verktøy for "enhancement layer" eller "transition layer", i stedet for å bruke det direkte til å lage et helt lag med høyt W-innhold DLC.
For eksempel, nær underlaget, kan et W- eller WC-overgangslag brukes for å forbedre -lastbæring og binding; en W-C-gradient kan lages i midten for å tillate en gradvis overgang fra metall til karbon; den mest overflaten beholder fortsatt karbon-rik DLC for å sikre lav friksjon og anti-vedheft.
Denne designen er mer rasjonell enn å bruke et monolitisk wolfram (W) lag.
Hvis målet ikke er lav-friksjons-DLC, men snarere et høy-hardhet,-slitasjebestandig lag av W, WC eller W-C, er multi-buetilnærmingen også verdifull. Dette er fordi multi-bueavsetning genererer-metallioner med høy energi, noe som resulterer i tette belegg med sterk vedheft-ideelt for å lage robuste,-slitasjebestandige lag.
Men hvis klienten krever en usedvanlig glatt overflate, minimalt med partikler og en lav friksjonskoeffisient, bør man utvise forsiktighet når man utelukkende stoler på multi-bueavsetning for wolfram.
Hvis du produserer W-DLC-belegg-spesielt der fokuset er på lavfriksjon, anti-klebeegenskaper, glidekomponenter eller glatte formoverflater-prioriterer du å bruke magnetronforstøvning eller HiPIMS for å avsette wolframkomponenten (W), kombinert med en karbonkilde for avsetning. Denne tilnærmingen gir bedre kontroll over wolframinnholdet, resulterer i en finere beleggoverflate og gjør det lettere å bevare karbonnettverksstrukturen.
Hvis du trenger å produsere et W-C-overgangslag som er tykkere, gir høyere last-bærekapasitet og krever sterk adhesjon, kan du vurdere å bruke en multi-arc W-kilde eller en hybridkilde som kombinerer multi-bue- og magnetronsputtering.
Hvis du har som mål å produsere rene W- eller WC--slitasjebestandige-lag, er multi-buemetoden også et alternativ, selv om du må være forberedt på å takle utfordringer som partikler, indre stress, måloverflateablasjon og overflateruhet.
Konklusjonen er derfor enkel:
Tungsten (W)-belegg kan produseres ikke bare via magnetronsputtering, men også gjennom multi-arc-ion-plettering.
Imidlertid er magnetronforstøvning bedre egnet for å nøyaktig kontrollere wolframinnhold og oppnå en overflate med minimalt med partikler, mens multi-buebelegg er overlegen for å lage W- eller W-C-overgangslag preget av høy ionisering, sterk adhesjon og høy last-bærekapasitet. Den optimale tilnærmingen involverer ofte en hybridstrategi i stedet for å velge en metode fremfor den andre: bruk av et wolframlag ved basen for å forbedre -lastbærekapasiteten samtidig som et lav-DLC-karbonlag på overflaten beholdes.
