In termen van PVD-principes kan wolfraam (W) worden afgezet met behulp van verschillende methoden, zoals magnetronsputteren, multi-boogionenplating, HiPIMS of ionen-bundel-ondersteunde afzetting. De echte vraag is: wat is de beoogde toepassing van het wolfraam? Wilt u een zuivere wolfraamlaag, wolfraamcarbide (WC), een kleine doteerstof in een W-DLC-coating, of een hoog-dragende-dragende overgangslaag maken?
De meest geschikte methode varieert afhankelijk van het doel.
Het grootste voordeel van magnetronsputteren voor W is "gemakkelijke bediening"
Het W-doel is een geleidend doel en kan worden gebruikt voor magnetronsputteren. Ar-ionen bombarderen het W-doel, schakelen W-atomen uit en zetten ze vervolgens af op het oppervlak van het werkstuk.
De voordelen van het gebruik van magnetronsputteren om wolfraam (W) af te zetten zijn duidelijk: minder deeltjes, een glad filmoppervlak en een gemakkelijk regelbare samenstelling. Deze methode is bijzonder goed-geschikt voor W-DLC-coatings, waarbij nauwkeurige controle over het wolfraamgehalte vereist is.
In W-DLC is wolfraam doorgaans niet het primaire functionele onderdeel. Het koolstofnetwerk zorgt feitelijk voor lage- wrijvingseigenschappen; het wolfraam dient om de interne spanning af te stemmen, het draagvermogen van de belasting- te verbeteren en de stabiliteit van dikkere films te verbeteren. Het toevoegen van te veel wolfraam verstoort echter het koolstofnetwerk met lage wrijving dat kenmerkend is voor DLC.
Daarom is W-DLC het meest bang dat de W-inhoud uit de hand loopt.
Hierin ligt het voordeel van magnetronsputteren. U kunt de W-inhoud langzaam naar het doelvenster brengen door het W-doelvermogen, de stroomsnelheid van de koolstofbron, de biasspanning en de luchtdruk aan te passen. Als u bijvoorbeeld lage W, gemiddelde W en hoge W vergelijkt, zijn de trends in wrijving, hardheid en spanning duidelijk te zien.
Daarom is magnetronsputteren een veel voorkomende en stabiele route voor fijne W-dotering, W-C-overgangslaag en W-DLC-hoofdlaag.
Multi-arcion-plating kan worden gebruikt voor wolfraam (W), maar brengt grotere uitdagingen met zich mee.
Het is niet onmogelijk om wolfraam te verwerken met behulp van multi-boogion-plating.
De boogvlekken in kathodische boogprocessen bezitten een extreem hoge energie; theoretisch kunnen ze een breed scala aan metalen met een hoog-smeltpunt- verdampen, waaronder vuurvaste metalen zoals W, Mo en Ta. Het feit dat wolfraam een hoog smeltpunt heeft, betekent niet dat het niet door de boogvlek kan verdampen.
Het feit dat het mogelijk is, betekent echter niet dat het gemakkelijk te verwezenlijken is.
Wolfraam (W) is een materiaal dat wordt gekenmerkt door een hoog smeltpunt en hoge hardheid; bijgevolg zijn processen zoals het bewerken, klemmen, koelen en handhaven van de boogontstekingsstabiliteit een grotere uitdaging dan bij standaard titanium (Ti) of chroom (Cr) doelen.
Bij het gebruik van multi-boogafzetting voor wolfraam moet speciale aandacht worden besteed aan de beweging van de boogvlekken, ablatie van het doeloppervlak, plaatselijke oververhitting, deeltjesvorming en ruwheid van het filmoppervlak.
De kenmerken van multi-boog zijn een hoge metaalionisatiesnelheid, sterke afzettingsenergie en goede hechtkracht, maar het is ook gemakkelijk om druppels en grote deeltjes mee te brengen.
Voor conventionele boogdoelen zoals Ti en Cr zijn deeltjes al een veelvoorkomend probleem in meerdere bogen. Als het wordt vervangen door een materiaal met een hoog smeltpunt, zoals W, worden de boogvlektoestand en de ablatie van het doeloppervlak niet goed gecontroleerd, en kunnen defecten aan het filmoppervlak ook duidelijk zijn.
Hoewel multi{0}}boogtechnologie kan worden gebruikt om wolfraam (W) af te zetten, is deze daarom beter geschikt voor toepassingen die intensieve bombardementen met metaalionen, hoge hechting en versterking van overgangs- of lastdragende lagen vereisen; het is niet noodzakelijkerwijs ideaal voor het produceren van de zeer verfijnde W-DLC-oppervlaktelagen die lage deeltjesniveaus en nauwkeurige controle over het wolfraamgehalte vereisen.
Waarom geven meer mensen de voorkeur aan magnetronsputteren bij het produceren van W-DLC?
Omdat de sleutel tot W-DLC niet alleen ligt in het 'opnemen van wolfraam', maar in het bepalen hoeveel er moet worden toegevoegd, waar het moet worden gedistribueerd en of de toevoeging het koolstofnetwerk verstoort.
Door een magnetron-gesputterd wolfraam (W) doel te gebruiken in combinatie met een koolstofbron-zoals een grafiet doel, acetyleen, methaan of ander koolstofplasma-is het relatief eenvoudig om een laag wolfraamgehalte te handhaven, waardoor het zich binnen de DLC-matrix kan verspreiden als fijne W-C-structuren of nano--carbiden.
Op deze manier dient het wolfraam om het draagvermogen van de last- te vergroten en spanning te verminderen, terwijl het koolstofnetwerk continu blijft, waardoor de lage- wrijvingseigenschappen behouden blijven.
Bij gebruik van een wolfraam (W)-bron in een multi-boogproces kan de flux van wolfraammetaalionen behoorlijk intens zijn, waardoor het lokale wolfraamgehalte gemakkelijk buitensporig hoog kan worden.
Hoge wolfraamgehalten hebben de neiging de vorming van aanzienlijke hoeveelheden WC- of W₂C-fasen te bevorderen, waardoor de koolstof effectief in carbidestructuren wordt opgesloten. Bijgevolg kan de resulterende coating eindigen als een harde wolfraam-bevattende carbide-composietcoating in plaats van een DLC-coating met lage- wrijving.
Met andere woorden: hoewel het zeker mogelijk is om een wolfraambron te gebruiken bij multi{0}}boogdepositie, is het venster voor het controleren van de wolfraaminhoud smaller en moeilijker te beheren; bovendien moet bijzondere aandacht worden besteed aan oppervlaktedeeltjes en de continuïteit van het koolstofnetwerk.
Waar kan de multi-boog W beter worden geplaatst?
Als het W-DLC is, begrijp ik multi-arc W liever als een hulpmiddel voor een 'verbeteringslaag' of 'overgangslaag', in plaats van het direct te gebruiken om een hele laag met DLC met hoge W--inhoud te maken.
Dicht bij de ondergrond kan bijvoorbeeld een W- of WC-overgangslaag worden gebruikt om de draagkracht en hechting- te verbeteren; in het midden kan een W-C-gradiënt worden gemaakt om een geleidelijke overgang van metaal naar koolstof mogelijk te maken; het grootste oppervlak bevat nog steeds koolstof-rijke DLC om lage wrijving en anti-hechting te garanderen.
Dit ontwerp is rationeler dan het gebruik van een monolithische wolfraam (W) laag.
Als het doel niet de DLC met lage-wrijving is, maar eerder een hoge-hardheid,-slijtvaste laag W, WC of W-C, is de benadering met meerdere-bogen ook waardevol. Dit komt doordat multi{6}}boogafzetting metaalionen met hoge- energie genereert, wat resulteert in dichte coatings met sterke hechting-ideaal voor het creëren van robuuste, slijtvaste- lagen.
Als de klant echter een uitzonderlijk glad oppervlak, minimale deeltjes en een lage wrijvingscoëfficiënt nodig heeft, moet men voorzichtig zijn als men voor wolfraam uitsluitend vertrouwt op multi{0}}depositie met meerdere bogen.
Als u W-DLC-coatings- produceert, met name waarbij de nadruk ligt op lage wrijving, -kleefeigenschappen, glijdende componenten of gladde matrijsoppervlakken-, geef dan prioriteit aan het gebruik van magnetronsputteren of HiPIMS om de wolfraamcomponent (W) af te zetten, gecombineerd met een koolstofbron voor de afzetting. Deze aanpak zorgt voor een betere controle over het wolfraamgehalte, resulteert in een fijner coatingoppervlak en maakt het gemakkelijker om de koolstofnetwerkstructuur te behouden.
Als u een W-C-overgangslaag moet produceren die dikker is, een hoger draagvermogen- biedt en een sterke hechting vereist, kunt u overwegen een multi-W-boogbron te gebruiken of een hybride bron die multi-boog- en magnetronsputteren combineert.
Als u puur W- of WC--type slijtvaste- lagen wilt produceren, is de multi-boogmethode ook een optie, hoewel u wel voorbereid moet zijn op uitdagingen zoals deeltjes, interne spanning, ablatie van het doeloppervlak en oppervlakteruwheid.
De conclusie is dan ook simpel:
Wolfraam (W)-coatings kunnen niet alleen worden geproduceerd via magnetronsputteren, maar ook via multi-boogionenplating.
Magnetronsputteren is echter beter geschikt voor het nauwkeurig regelen van het wolfraamgehalte en het bereiken van een oppervlak met minimale deeltjes, terwijl multi-boogplating superieur is voor het creëren van W- of W-C-overgangslagen die worden gekenmerkt door hoge ionisatie, sterke hechting en hoog draagvermogen-. De optimale aanpak omvat vaak een hybride strategie in plaats van de ene methode boven de andere te kiezen: het gebruik van een wolfraamlaag aan de basis om het draagvermogen- te vergroten, terwijl een DLC-koolstoflaag met lage- wrijving op het oppervlak behouden blijft.
