Panimula sa Teknolohiya ng HiPIMS

No.1 Prinsipyo ng high power pulsed magnetron sputtering
Ang high power pulsed magnetron sputtering technique ay gumagamit ng mataas na peak pulse power (2-3 order ng magnitude na mas mataas kaysa sa conventional magnetron sputtering) at low pulse duty cycle (0.5%-10%) upang makamit ang mataas na metal dissociation rate (>50%), na nagmula sa magnetron sputtering na mga katangian, tulad ng ipinapakita sa Pic 1, kung saan ang peak na target ng kasalukuyang densidad ay ang densidad ng peak na target ng I, kung saan ang peak na target ng I, ang densidad ng peak sa kasalukuyang exporential na kapangyarihan. ang discharge boltahe U, I = kUn (n ay isang pare-pareho na nauugnay sa istraktura ng cathode, magnetic field at materyal). Sa mas mababang densidad ng kapangyarihan (mababang boltahe) ang halaga ng n ay karaniwang nasa hanay na 5 hanggang 15; sa pagtaas ng discharge boltahe, ang kasalukuyang density at power density ay mabilis na tumataas, at sa mataas na boltahe ang n value ay nagiging 1 dahil sa pagkawala ng magnetic field confinement. Kung sa mababang densidad ng kuryente, ang paglabas ng gas ay tinutukoy ng mga gas ions na nasa normal na pulsed discharge mode; kung sa mataas na densidad ng kapangyarihan, ang proporsyon ng mga metal ions sa plasma ay tumataas at ang ilang mga materyales ay lumipat, iyon ay sa self-sputtering mode, ibig sabihin, ang plasma ay pinananatili sa pamamagitan ng ionization ng sputtered neutral particle at pangalawang metal ions, at inert gas atoms tulad ng Ar ay ginagamit lamang upang mag-apoy ang plasma, pagkatapos kung saan ang sputtered na mga particle ng metal ay pinupuntirya sa likod at bombarded na mga particle ng metal. target sa ilalim ng pagkilos ng magnetic at electric field upang mapanatili ang mataas na kasalukuyang discharge, at ang plasma ay mataas na ionized metal particle. Dahil sa proseso ng sputtering ng epekto ng pag-init sa target, upang matiyak ang matatag na operasyon ng target sa mga pang-industriya na aplikasyon, ang density ng kapangyarihan na direktang inilapat sa target ay hindi maaaring masyadong malaki, sa pangkalahatan ay direktang paglamig ng tubig at target na thermal conductivity ay dapat sa kaso ng 25 W / cm2 sa ibaba, hindi direktang paglamig ng tubig, ang target na materyal na thermal conductivity ay hindi maganda, target na dahil sa mababang mga kaso ng materyal na haluang metal at materyal na target na dulot ng mababang fragment na haluang metal o materyal na haluang metal. maaari lamang sa 2 ~ 15 W / cm2 sa ibaba, malayo sa ibaba ng mga kinakailangan ng mataas na kapangyarihan density. Ang problema ng target na overheating ay maaaring malutas sa pamamagitan ng paggamit ng napakakitid na high power pulses. Tinukoy ni Anders ang high-power pulsed magnetron sputtering bilang isang uri ng pulsed sputtering kung saan ang peak power density ay lumampas sa average na power density ng 2 hanggang 3 orders of magnitude, at ang target na ion sputtering ay nangingibabaw sa proseso ng sputtering, at ang target na sputtering atoms ay lubos na naghihiwalay.

No.2 Ang mga katangian ng high power pulsed magnetron sputtering coating deposition

Ang high power pulsed magnetron sputtering ay maaaring makabuo ng plasma na may mataas na dissociation rate at mataas na enerhiya ng ion, at maaaring maglapat ng bias pressure upang mapabilis ang mga naka-charge na ions, at ang proseso ng coating deposition ay binomba ng mga high-energy na particle, na isang tipikal na teknolohiya ng IPVD. Ang enerhiya at pamamahagi ng ion ay may napakahalagang epekto sa kalidad at pagganap ng patong.
Tungkol sa IPVD, batay sa sikat na Thorton structural region model, iminungkahi ni Anders ang isang structural region model na kinabibilangan ng plasma deposition at ion etching, pinalawak ang ugnayan sa pagitan ng coating structure at temperatura at air pressure sa Thorton structural region model sa ugnayan sa pagitan ng coating structure, temperatura at ion energy, tulad ng ipinapakita sa Pic 2. Sa kaso ng low energy ion deposition structure na modelo, ang coating na istraktura ng istraktura ng coating ay naaayon sa Thorton. Sa pagtaas ng temperatura ng deposition, ang paglipat mula sa rehiyon 1 (maluwag na buhaghag na mga kristal na hibla) patungo sa rehiyong T (mga siksik na kristal na hibla), rehiyon 2 (mga kristal na hanay) at rehiyon 3 (rehiyon ng pag-recrystallization); sa pagtaas ng deposition ion energy, bumababa ang temperatura ng paglipat mula sa rehiyon 1 patungo sa rehiyon T, rehiyon 2 at rehiyon 3. Ang mga high-density fiber crystal at columnar crystal ay maaaring ihanda sa mababang temperatura. Kapag tumaas ang enerhiya ng mga nadeposito na ion sa pagkakasunud-sunod na 1-10 eV, ang pagbobomba at pag-ukit ng mga ion sa ibabaw ng mga nadeposito na coatings ay tataas at ang kapal ng mga coatings ay tataas.

No.3 Paghahanda ng hard coating layer sa pamamagitan ng high power pulsed magnetron sputtering technology
Ang patong na inihanda ng high power pulsed magnetron sputtering technology ay mas siksik, na may mas mahusay na mekanikal na katangian at mataas na temperatura na katatagan. Gaya ng ipinapakita sa Pic 3, ang conventional magnetron sputtered TiAlN coating ay isang columnar crystal structure na may tigas na 30 GPa at isang Young's modulus na 460 GPa; ang HIPIMS-TiAlN coating ay 34 GPa hardness habang ang Young's modulus ay 377 GPa; ang ratio sa pagitan ng tigas at modulus ni Young ay isang sukatan ng tibay ng patong. Ang mas mataas na tigas at mas maliit na modulus ng Young ay nangangahulugan ng mas mahusay na tigas. Ang HIPIMS-TiAlN coating ay may mas mahusay na mataas na temperature stability, na may AlN hexagonal phase na namuo sa conventional TiAlN coating pagkatapos ng high temperature annealing treatment sa 1,000 °C sa loob ng 4 na oras. Bumababa ang katigasan ng coating sa mataas na temperatura, habang ang HIPIMS-TiAlN coating ay nananatiling hindi nagbabago pagkatapos ng heat treatment sa parehong temperatura at oras. Ang HIPIMS-TiAlN coating ay mayroon ding mas mataas na simula ng temperatura ng mataas na temperatura na oksihenasyon kaysa sa conventional coating. Samakatuwid, ang HIPIMS-TiAlN coating ay nagpapakita ng mas mahusay na pagganap sa mga high-speed cutting tool kaysa sa iba pang mga coated na tool na inihanda ng proseso ng PVD.