Analýza vplyvu parametrov naprašovania na kvalitatívne zloženie tvrdých povlakov

Ľ. Čaplovič¹, J. Sondor², J. Šimko³

¹Ústav materiálov, Materiálovotechnologická fakulta STU, Trnava, Slovenská republika

²LISS, a.s., Rožnov pod Radhoštem, Česká republika

³PSA, a.s., Trnava, Slovenská republika

lubomir.caplovic@stuba.sk

V odbornej literatúre sme nenašli príspevky, ktoré by boli zamerané na sledovanie parametrov PVD naprašovania na tvorbu vrstvy. Väčšina autorov sa venuje kvalitatívnemu a kvantitatívnemu hodnoteniu PVD vrstiev vytvorených za predom definovaných podmienok []. V príspevku sa preto hodnotil vplyv predpätia a pracovného tlaku na kvalitatívne zmeny tvrdých vrstiev TiN/TiAlN vytvorených metódou PVD (konvenčný katódový oblúk) v zariadení PLATIT 1000. Rozsah použitých tlakov bol od 0,5 Pa do 5 Pa a hodnoty predpätia sa menili od 5 V do 500 V. Získané povlaky vytvorené na substráte spekaného karbidu (WC/Co) sa analyzovali pomocou rtg. difrakcie a to kvalitatívnou analýzou určujúcou fázové zloženie vytvorených vrstiev ako aj kvantitatívnym hodnotením difrakčných profilov, z ktorých sa analyzovala textúra povlakov a hodnota štruktúrnych napätí vo vrstvách.

Ukázalo sa, že zmena parametrov naprašovania nemenila fázové zloženie vzniknutých vrstiev. Vo všetkých prípadoch sme detekovali prítomnosť nitridu titánu TiN_0,9 a nitridu hliníka AlN, (AlTi)N. Substrát tvorila zmes karbidu volfrámu WC a Co. Difrakčný obraz pre parametre naprašovania (BIAS 500 V, p = 1,3 Pa) je na obr.1.

Obr. 1 Difrakčný obraz vytvorenej vrstvy na substrate spekaného karbidu

Zásadný vplyv zmeny predpätia sa prejavil v kvantitatívnom zložení vrstiev, stupni textúry a hodnote vnútorných štruktúrnych napätí vo vrstve. Kým nízke predpätia (5 a 25 V) vytvárali tenké vrstvy z relatívne nízkymi štruktúrnymi napätiami, pri dosiahnutí 75 V (100 V) bola vrstva optimálna z hľadiska hrúbky, ale mala najvyššie hodnoty štruktúrnych napätí. Ďalšie zvyšovanie predpätia spôsobilo pokles hrúbky vrstvy v dôsledku vyššej kinetickej energie dopadajúcich iónov pôsobiacich odprašujúcim účinkom. Súčasne mierne klesala hodnota štruktúrnych napätí a textúry.

Zmena pracovného tlaku v naprašovacej komore sa výrazne neprejavila na nameraných difrakčných obrazoch vytvorených vrstiev.

[1] J.L. Endrino, G.S. Fox-Rabinovich, C. Gey.: Hard AlTiN, AlCrN PVD coatings for machining of austenitic stainless steel, Surface & Coatings Technology 200 (2006) 6840–6845

[2] M. Arndt, T. Kacsich.: Performance of new AlTiN coatings in dry and high speed cutting, Surface and Coatings Technology 163 –164 (2003) 674–680

[3] C. Ducros, C. Cayron, F. Sanchette.: Multilayered and nanolayered hard nitride thin films deposited by cathodic arc evaporation. Part 1: Deposition, morphology and microstructure, Surface & Coatings Technology 201 (2006) 136–142

[4] C.V. Falub, A. Karimi, M. Ante, W. Kalss.: Interdependence between stress and texture in arc evaporated Ti–Al–N thin films, Surface & Coatings Technology 201 (2007) 5891–5898

Táto práca vznikla v rámci realizácie projektu EUREKA EURB-0005-06