錫薄膜の摩擦係数に及ぼすアーク源電流の影響

- Jun 20, 2018-


フィルムの摩擦係数を下げると耐摩耗性が向上し、ワークピースの耐用年数を延ばすことができます。 以上の結果から、アーク源電流は膜の表面品質に大きな影響を与え、摩擦係数に重要な影響を与えることがわかる。

 

図1に膜のトライボロジー特性曲線とアーク源電流と摩擦係数の関係を示す。 同図に示すように、膜の摩擦係数は、アーク源電流が増加するにつれて徐々に増加する。 高電流では、アーク源ターゲットはより高い温度を有し、より巨視的な粒子およびクラスターを生じ、これらの粒子またはクラスターはより高いエネルギーを有し、アーク源ターゲットから基材への移動中に他の粒子によって容易にブロックされないサンプル)。 基板(試料)の表面に到達すると温度が高くなり、表面の拡散が速くなり、膜の堆積速度も速くなる。 これらの大きな粒子の存在は、粒子のサイズおよび量が大きいので、最終的なコーティングされたフィルム表面の粗い表面をもたらす。 このため、同じ条件で高電流めっきTiN膜の摩擦係数が小電流めっき膜の摩擦係数よりも大きくなる。

 

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a)I = 40A; b)I = 70A; c)I = 80A; d)I = 90A; e)研磨されたステンレス鋼基材。 f)アーク源電流と膜摩擦係数との関係

 

図1異なるアーク源電流と研磨された高速度鋼でコーティングされたフィルムの摩擦特性の曲線

 


膜のトライボロジー特性曲線から、アークソース電流が40Aの場合、TiN膜の摩擦力は小さいが、アークソース電流が増加すると、膜の表面品質が低下することが分かる液滴の増加、および摩擦力が増加した。 当初、振動のために、いくつかの曲線は変動しますが、時間の経過と共に徐々に安定します。

 

40Aのアークソース電流でコーティングされたフィルムの摩擦曲線と研磨された高速度鋼の摩擦曲線とを比較すると、フィルムの摩擦力は研磨された高速度鋼の摩擦力よりも低いことが分かり、低電流で堆積されたTiN薄膜の表面は、サイズ及び量が小さく、粗さが低い。 電流が増加すると、被覆されたTiN膜の摩擦が相応に増加し、大電流で被覆された薄膜の表面品質が低下することを意味する。 さらに、これらの曲線は、初期不安定ゾーンから安定ゾーンへの曲線遷移の差異も反映することができる。 I = 40Aの場合、移行ゾーンは非常に短いです。 研磨された高速度鋼の遷移曲線は平坦で滑らかである。 電流が増加するにつれて、遷移領域内の曲線も徐々に鋭くなり、すでに上述したように、膜の表面上の液滴粒子の効果である。

 

摩擦特性曲線の変化には一定の規則があります。 最初に、フィルムの表面は突然の力を受け、液滴粒子は衝撃の影響を受ける。 これらの液滴粒子は膜表面にのみ付着するため、容易にノックオフされ、摩擦は比較的小さい。 その後、摩擦力は、膜の内部に埋め込まれた大きな液滴粒子と相互作用し、これらの液滴粒子は容易にノックオフされないので、摩擦が突然上昇し、その後安定する。 フィルムの深くに埋め込まれた液滴は、アークソース電流に関係する。 アークソース電流が小さいと、液滴の大きさと量が小さいため、膜中に埋め込まれた液滴も小さく、膜の摩擦力は小さい。 アーク源電流が増加すると、液滴も増加して大きくなり、摩擦力が増加する。