(TiZr)N硬質皮膜の析出過程に関する研究

- Jun 12, 2018-


本研究では、(TiZr)N硬質皮膜の析出過程の変動幅と影響について主に検討する。 陰極ターゲット電流やN2ガス流量などのプロセスパラメータが膜の微細構造や特性に及ぼす影響を調べます。 研究は、堆積プロセスパラメータの変動が、膜の微細構造および機械的特性に大きな影響を及ぼさないことを示している。 したがって、(TiZr)N硬質膜の成膜プロセスパラメータは大きな変動範囲を有し、堆積プロセスウィンドウは良好な適用性を有する。

 

(TiZr)N硬質皮膜は硬度、赤色硬度などの点でTiNより優れた硬質反応皮膜の一種です。 近年、国内外で幅広い研究の関心を集めています。 これらの研究は、主にTi / Zr比、製造方法、組織構造などに焦点を当てている。 しかし、堆積プロセスの適応性に関する研究はほとんどなく、(TiZr)N硬質膜は広く適用されていない。 一種の硬質皮膜として、その堆積プロセスまたは堆積プロセスウィンドウの適合性は、コーティングツールおよびコーティングダイの適用において無視することができない実用的な意義を有する。 そこで、本研究では、(TiZr)N硬質皮膜の析出過程の適性を判定するために、分布比の差が大きい2種類(TiZr)N硬質皮膜のプロセス適応性を検討した。

 

試験材料および試験方法

 

マルチアークイオンプレーティング技術を用いて(TiZr)N硬質膜を製造した。 異なる方向を有し、90度で構成された2つのアーク源が同時アーク堆積に使用される。 アーク源の1つは、99.9%の純度を有する商業的に純粋なチタンターゲットまたは純粋なジルコニウムターゲットである。 他方は99.9%の純度を有する市販のチタン - ジルコニウム合金ターゲットである。 チタン - ジルコニウム合金ターゲットの原子比は、Ti:Zr = 50:50である。 研磨された高速度スチールブロックを基材として使用した。 (TiZr)N硬質皮膜の公式沈着の前に、イオンボンバードメントクリーニングを行った。 成膜室背面の真空度が8.0×10 -3 Paに達し、温度が200℃になったところで、成膜室内の真空度が2.5×10 -1 Paになるようにアルゴンガスを導入し、アーク電流を55〜56Aに維持し、イオンボンバードメントを10〜12分間行い、ボンバードバイアス電圧を350Vから400Vまで徐々に増加させ、ボンバードメントクリーニング後に金属遷移層堆積を行う。 コーティングチャンバー内のアルゴン圧力は2.0×10 -1 Paに維持される。チタンターゲット、ジルコニウムターゲット、およびチタン - ジルコニウム合金ターゲットのアーク電流はすべて55A〜60Aに設定され、ワークピースバイアスは190 V〜200V、堆積時間は5分である。 次に、(TiZr)N硬質皮膜を析出させ、析出バイアスを160±2Vに設定した。 (TiZr)N硬質膜の特定の堆積プロセスを表1に示す。


表1.堆積プロセスのパラメータ

サンプル

目標電流(A)

Arの流れ

(sccm)

N 2フロー

(sccm)

堆積

時間/分

Ti Zr Ti-50Zr
A-1
58 60 - 20 80 45
A-2 55 62 - 10 85 45
A-3 55 58 - 0 90 45
B-1 - 62
55 30 85 45
B-2 - 60 58 20 100 45
B-3 - 55 60 15 80 45

 

(TiZr)N硬質皮膜の析出過程に関する研究

 

(TiZr)N硬質膜の表面形態、破壊形態および膜組成はすべてHITACHIS-3400N走査型電子顕微鏡(エネルギースペクトル)によって分析される。 TiZrN膜の相構造は、Jade 6.5電子PDFカードを備えたX線回折装置により測定した。 表面硬度は、HXD-1000TMB / LCD LCDディスプレイ自動ターレットマイクロ硬度計、10gfの荷重、20sの荷重保持時間で試験する。 接着性と摩擦係数は、多機能材料表面性能試験機(MFT-4000)によって試験される。

 

結論

 

ZrターゲットとTiターゲットの組み合わせやZrターゲットとTi-Zrターゲットの組み合わせを用いて(TiZr)N硬質皮膜を成膜する過程では、カソードアーク電流やN2流量などのプロセスパラメータの変動には限界がありません膜の表面組成、膜の微細構造、(TiZr)N硬質膜の機械的特性に大きな影響を与える。 製造された(TiZr)N硬質皮膜は、硬度が高く、密着力が強く、摩擦係数が低いなどの利点があります。