マルチアークイオンコーティング技術によるTiNコーティングの色特性に関する研究

- Jun 14, 2018-


TiN薄いコーティングは、マルチアークイオンコーティング技術によって3Cr13ステンレス鋼の表面上に堆積される。 走査型電子顕微鏡および可視スペクトル光度計により、大きな粒子、窒素流速およびターゲット電流がフィルムの色特性に及ぼす影響を調べた。 結果は、大きな粒子が表面結晶層、中間層および液滴層からなり、大きな粒子の量が少ないことがフィルムの色性能に影響しないことを示している。 窒素流量を増加させると、試料の反射率は下降傾向を示し、赤色/緑色値a *および黄色/青色値b *が増加し、明度L *が減少し、彩度指数C * abが増加し、色相角H * abが減少し、フィルムの色が銀色から徐々に暗い黄色に変化した。 しかし、目標電流が増加すると、色相角H * abが増加し、彩度指数C * ab、赤/緑値a *、黄色/青色値b *がすべて減少すると、フィルムの色は深黄色シルバーホワイトに。 目標電流の変化はチタンの原子比を変化させ、窒素の流れの変化を補償することができる。

 

ステンレス鋼自体は優れた耐食性、耐摩耗性などの特性を持っており、現在は日常生活、自動車産業、建設およびその他の分野で幅広く使用されています。 着色されたステンレス鋼は、装飾的で芸術的な特性を向上させるだけでなく、鋼の耐食性および耐摩耗性を改善する。 今日、カラーステンレス鋼の用途はますます広範囲になり、要件はますます高くなっています。 ステンレス鋼の表面処理技術は、カラーステンレス鋼の応用および開発に直接影響を与え、ステンレス鋼の表面着色の研究にも実用的価値と実用的意義を有する。

 

TiN膜は、高い硬度、良好な化学的不活性、独特な色などの利点を有する。耐摩耗性および耐腐食性表面コーティング、半導体拡散障壁および装飾産業に広く使用されている。 金属表面に金を模した窒化チタン装飾膜を作るためのマルチアークイオンプレーティング技術の使用は、高い生産効率、低いプロセスコスト、安定したフィルム性能などの利点を有する。この方法は既に実用段階に入っている。 本論文の目的は、TiN膜の色に及ぼす大きな粒子、窒素の流れ及びターゲット電流の影響及び変化の規則を系統的に研究し、窒化チタンの模造金装飾膜をマルチ-arcイオンコーティング技術とフィルムの色の最適化。

 

1.実験内容

 

1.実験装置および材料

 

この実験では、AIP-01型マルチアークイオンコーティング機をコーティングに使用した。 スパッタリングターゲットは純度99.9%のチタンターゲットであった。 作動ガスは純度99.99%のアルゴンガス(Ar)であった。 反応ガスは純度99.99%の窒素(N 2)であり、基板は40mm×20mm×2mmの寸法を有する3Cr13ステンレス鋼である。

 

2.実験方法

 

研削および研磨の後、基材をアセトンおよび無水エタノールで15分間超音波洗浄した後、乾燥後にコーティング機に入れた。 次いで、真空を少なくとも6.0×10 -3 Paの程度にポンピングし、堆積温度まで加熱する。 アルゴンガスを通気して作業圧力にした後、最初にアークターゲットを始動させて5分で純チタン底層をコーティングし(プロセスを表1に示す)、窒素を通気してTiN膜を堆積させた。

 

表1純チタンめっきプロセス

 

Tiターゲット電流/ A
Ar流量/ L /分
真空度/ Pa バイアス/ V テンペルタル/℃
20
0.025-0.027 0.5×10 0 -200
200-230


試料の表面を異なるプロセスパラメータ(窒素フラックスおよびターゲット電流)でコーティングし、次にLEO-1530VP電界放出走査型電子顕微鏡(FE-SEM)を用いてフィルムの形態を観察した。

 

TiN膜の色特性は、Perkin Elmer Lambda 950 UV / Vis分光光度計によって測定した。 国際照明委員会(CIE)が推奨する3種類の光源:標準光源A、C、D65を参照してください。 フィルムの分光反射率ρ(λ)を分光光度計で測定し、それ自体のデータ分析システムを使用して、L *、a *、b *、inの3つの標準光源の下でのLAB色座標の3つの直交パラメータL *は色の明るさを示し(L * = 0は黒を生成し、L * = 100は白を示す)、a *は赤 - 緑の方向を示す(L *、a *、b * + a *は赤方向、-a *は緑方向を示し、b *は黄青色方向を示す(+ b *は黄色方向、-b *は青方向を示す)。 色座標h * abおよび色度指数C * abは、色座標によって計算される。 色相角H * abは主波長を表し、彩度指数C * abは色純度を表す。

 

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

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


結論

 

(1)ほとんどの大きな粒子は液滴層、中間層および結晶層からなる。 結晶層は表面に露出している。 大きな粒子の数が少ないと、フィルムの色への影響が小さい。 大きな粒子の数が多すぎると、フィルムを覆う大きな粒子、フィルムの反射率および輝度が低下する。

 

(2)銀から暗黄色の範囲の色を呈する窒化チタン膜は、異なる窒素流通条件下で製造することができる。 窒素流量が増加すると、フィルムの反射率曲線が減少し、明度L *および色相角H * abが減少し、赤色/緑色値a *、黄色/青色値b *および飽和指数C * abをLAB色度空間に入れる。

 

(3)ターゲット電流が増加すると、濃い黄色から銀白色まで色相が変化し、色相角H * ab及び色度指数C * abの増加及び赤色/緑色値の減少を示す窒化チタン膜a *とLAB色空間の黄色/青色値b *との間の関係を示す。 目標電流の変化は膜中のチタンと窒素の原子比を変えることができるので、窒素流量の変化を補償することができる。 このため、ターゲット電流が増加するにつれて、L *の程度が徐々に増加し、後部のL *値の減少は、膜中に多数の大きな粒子やその他の欠陥が発生することによるものでなければならない電流がさらに増加するにつれて増加する。