क्रोमियम फिल्म्स और क्रोमियम नाइट्राइड फिल्म्स
Jan 05, 2018| क्रोमियम फिल्मों
हार्ड क्रोमियम कोटिंग्स लंबे समय तक रहे हैं और इन उपकरणों और मशीनरी के घटकों के पहनने और जंग प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसे कि पिस्टन के छल्ले, हाइड्रोलिक सिलेंडर और ढालना। बहुत पतली क्रोमियम फिल्मों का इस्तेमाल अक्सर कार के सजावटी उद्देश्यों के लिए या उद्योग को प्रस्तुत करने के लिए किया जाता है। क्रोमियम के एक अन्य प्रकार के आवेदन माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्स उद्योग में फोटोलिथोग्राफ़ी के लिए क्रोम-ऑन ग्लास मास्क हैं। सीआर के लिए पारंपरिक बयान विधि क्रोमियम चढ़ाना है, एक गीला इलेक्ट्रोलाइटिक विधि। हालांकि इस विधि का हेक्सावलेंट क्रोमियम का उपयोग होता है जो कार्सिनोजेनिक होता है और इसलिए इसे स्वास्थ्य और पर्यावरणीय अनुकूल तरीके से प्रतिस्थापित करने के लिए आवश्यक है, उदाहरण के लिए एक पीवीडी विधि। सीधी, सीआरएन, और सीआरसी, स्पिटार्ड या कैथोडिक चाप, लेकिन क्रोमियम मुक्त कोटिंग्स जैसे हीरे की तरह कार्बन (डीएलसी) को बड़े पैमाने पर औद्योगिक अनुप्रयोगों में इलेक्ट्रोप्लेटेड हार्ड क्रोमियम कोटिंग्स के संभावित विकल्प के रूप में माना जाता है।
क्रोमियम का स्पटरिंग काफी धीमा है मैग्नेट्रॉन में सीआर / सीआरएन और सीआर / एनआर 2 एन बहुलेयर कोटिंग्स में क्रोमियम परतों को 10 μm / h (≈170 एनएम / मिनट) की दर से एक φ150 मिमी मैग्नेट्रोन द्वारा स्पंदित किया गया था -20V पक्षपाती इस्पात सबस्ट्रेट्स के एक लक्ष्य वर्तमान में 4 ए (≈ 23 एमए / सेमी 2)।
आरएफ में बनावट का विकास सीमेंट फिल्मों पर फेंग एट अल द्वारा काम पर चर्चा की गई है। जहां सतह के कम से कम और इंटरफेसियल ऊर्जा के आधार पर एक मॉडल प्रस्तावित है। मॉडल को विभिन्न परिस्थितियों में कांच substrates पर सीआर जब्ती में परीक्षण किया गया था। कमरे के तापमान पर ग्लास substrates पर जमा करते समय फिल्मों में हमेशा सीआर (110) बनावट होती है, लेकिन जब 250 डिग्री सेल्सियस (110) या (002) बनावट को आरएन्स या सीआर परमाणुओं से जमा ऊर्जा की मात्रा से निर्धारित किया जाता था। सीआर (110) पसंदीदा ओरिएंटेशन ग्लास सब्सट्रेट के बमबारी से इष्ट था। पसंदीदा ओरिएंटेशन का नियंत्रण महत्वपूर्ण है, जैसे जब सीआर फिल्म को कोबाल्ट-आधारित चुंबकीय फिल्मों के लिए अंडर-लेयर के रूप में उपयोग किया जाता है, जहां सीआर (200) बनावट वांछनीय है।
क्रोमियम नाइट्राइड फिल्मों
क्रोमियम नाइट्राइड फिल्मों उत्कृष्ट जंग का प्रदर्शन और गुण पहनने और एक उच्च थर्मल स्थिरता। ठीक वसूली और कम तनाव संरचना के लिए मोटी (कई 10 माइक्रोन) सीआरएन फिल्मों को जमा करना संभव है। सीआरएन के साथ ये तथ्य टीआईएन की तुलना में कम भंगुर है, लेकिन अभी भी काफी कठिन है, एल्यूमीनियम मिश्र और स्टेनलेस स्टील्स जैसे अपेक्षाकृत नरम substrates पर सतह संरक्षण के लिए सीआरएन अधिक उपयुक्त बनाता है। स्टील में आसंजन अक्सर अच्छा होता है लेकिन इसे एक मध्यवर्ती सीआर-परत द्वारा बढ़ाया जा सकता है। स्टोइचीओमेट्रिक या पास-स्टोइचीओमेट्रिक सीआरएन कोटिंग्स में घनक NaCl- संरचनाएं हैं। कम नाइट्रोजन सामग्री के साथ कठिन हेक्सागोनल सीआर 2 एन चरण दिखाई दे सकते हैं। क्रोमियम टाइटेनियम से कम प्रतिक्रियाशील धातु है और इसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रियाशील पीवीडी के लिए इसका परिणाम है स्टोइचीओमेट्रिक सीएनआर फिल्मों के लिए आवश्यक नाइट्रोजन आंशिक दबाव stoichiometric TiN के लिए अधिक है। वाणिज्यिक कोटिंग के विशिष्ट गुण 1750 एचवी की कठोरता और 700 डिग्री सेल्सियस तक थर्मल स्थिरता है।
उच्च तापीय स्थिरता उच्च तापमान पर काम करने की प्रक्रियाओं में पहनने और जंग संरक्षण के लिए सीआरएन-कोटिंग्स बहुत उपयुक्त बनाती है, जैसे कि दबाव में मरने के कास्टिंग। सीएनएन लेपित अवयवों के उदाहरण हैं प्लास्टिक के ढालना, एक्सट्रूज़न मर जाते हैं, और मशीनिंग के लिए टूल और कू और ती के रूप में धातुओं के ठंडे गठन
सीआरएन फिल्मों के लिए आम बयान विधियां प्रतिक्रियाशील मैग्नेट्रोन स्पटरिंग और आर्क वाष्पीकरण हैं। सीसीएन कोटिंग्स के यांत्रिक गुणों पर पसंदीदा अभिविन्यास के प्रभाव की जांच करने के लिए डीसी मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का इस्तेमाल किया गया था। दो कोटिंग्स 0.27 पा (2 मीटर टॉरर) के कुल दबाव, 2.5 ए, ओईएम नियंत्रित एन 2 प्रवाह, और विभिन्न डीसी पूर्वाग्रह वोल्टेज पर एक) 70 वी और बी) 120 वी के एक लक्ष्य वर्तमान में उत्पादन किया गया था। बयान दर ~ 18 और ~ 28 एनएम / मिन क्रमशः। परिणामस्वरूप फिल्में एक) सीआरएन (200), स्तंभ संरचना और 2300 एचवी की कठोरता और (111), घने संरचना और कुछ हद तक उच्च कठोरता (2400 एचवी) के साथ पसंदीदा सीआर 2 एन के एक पसंदीदा अभिविन्यास के साथ थे। लेकिन स्टील (एसकेडी 11) के लिए कमजोर आसंजन के साथ सबस्ट्रेट्स।
एक स्पंदित डीसी पूर्वाग्रह के साथ डीसी मैग्नेट्रोन स्पटरिंग द्वारा सीआरएन एक्स के एक उच्च दर जमा का अध्ययन नाम एट अल ने किया था फिल्मों में 13 वाँ / सेमी 2 का लक्ष्य बिजली घनत्व 0.24 पा (1.8 मीटर) के एक स्थिर आर्गन दबाव में था और नाइट्रोजन का प्रवाह 0 से 45 एससीएम और एक भिन्न पूर्वाग्रह वोल्टेज से अलग था। इसने सीआरएन एक्स फिल्मों के माइक्रोस्ट्रक्चर और चरण संरचना को नियंत्रित करना संभव बना दिया। अधिकतम बयान दर सीआर 2 एन (शुद्ध सीआर जुटाने के लिए दर का 89%) के लिए 210 एनएम / मिन था और मिश्रित चरण सीआरएन + सीआर के लिए अधिकतम कठोरता 2250 किग्रा / मिमी 2 (नूप) थी। इसी समूह ने सीआरएन एक्स फिल्मों की संपत्तियों का अध्ययन भी किया है, जो अलग-अलग जमा दरों पर जमा हुए हैं। इस अध्ययन में उन्होंने -100 वी के निरंतर पूर्वाग्रह वोल्टेज और 0.2 पा (1.5 मीटर) के एक निरंतर आर्गन दबाव का इस्तेमाल किया और लक्ष्य शक्ति घनत्व 5, 10, और 13.2 डब्ल्यू / सेमी 2 का इस्तेमाल किया और नाइट्रोजन प्रवाह 0 से 160 sccm। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि सीआरएन के बयान दर में लक्ष्य शक्ति घनत्व (अधिकतम 430 एनएम / मिनट 13.2 डब्लू / सेंटीमीटर 2 ) के साथ रैखिक रूप से वृद्धि हुई है और यह कि फिल्म तनाव तन्यता से बढ़ती बयान दर के साथ कम करने के लिए बदल गया। उच्च संकुचित तनाव और उच्च एटैटम गतिशीलता के कारण, उच्चतम कठोरता और सर्वश्रेष्ठ आसंजन उच्चतम लक्ष्य शक्ति घनत्व पर जमा किए गए फिल्म के लिए मिला था।
आरएफ़ मैग्नेट्रान स्पटरिंग द्वारा सीआर एक्स एन वाई फिल्मों के साथ लेपित कार्बाइड टूल की लकड़ी की मशीनिंग में जांच की गई है। संरचनात्मक और रासायनिक विश्लेषण के लिए फिल्मों सी substrates पर जमा किए गए थे। 450 W और 650 डब्ल्यू की आरएफ शक्तियां और 0.1 से 1 पा के बराबर कुल दबाव पर बयानों को बनाया गया था। जमा राशि को 15 से 80 मिनट के बीच 4.4 करोड़ / प्रति घंटा (73 एनएम / मिनट) सीआर के लिए अधिकतम ब्याज दर के साथ चुना गया था। 2 एन। सीआर 2 एन फिल्मों में एक स्तंभ संरचना थी, जबकि सीआरएन फिल्में 2100 एचवी की अधिकतम कठोरता के साथ बेमेल थी। सीआर 2 एन फिल्मों में सीआरएन फिल्मों की तुलना में कड़ी मेहनत लेकिन कम अनुयायी पाए गए थे।
एक आरएफ मैग्नेट्रोन स्पटरिंग का इस्तेमाल सीआरएन एक्स फिल्मों के एक अध्ययन के लिए भी किया गया था, जो कि व्यापक नाइट्रोजन आंशिक दबाव रेंज 0.005-30 डिग्री पैरों के भीतर जमा हुआ था जहां रासायनिक और यांत्रिक गुणों का विश्लेषण किया गया था। लक्ष्य शक्ति को 300 डब्ल्यू (लक्ष्य बिजली घनत्व 6.8 W / cm 2 ) पर निरंतर रखा गया था और 0.3 पी पर आर आंशिक दबाव स्थिरता। स्टोइकीओमेट्रिक सीआर 2 एन नाइट्रोजन आंशिक दबाव 0.02 और 0.04 पीए और एक स्टोइचीओमेट्रिक सीआरएन के बीच प्राप्त किया गया था। 0.3 पी के लिए प्राप्त किया गया था, जबकि अन्य दबावों के लिए सीआरएन और सीआर 2 एन चरण मिश्रित थे। निष्कर्ष यह था कि सीआरएन एक्स फिल्मों में नाइट्रोजन सामग्री को नाइट्रोजन आंशिक दबाव को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है, लेकिन जमा दर और माइक्रोस्ट्रक्चर की स्वतंत्र रूप से नहीं। सीआर 2 एन फिल्में बहुत कठिन (27.1 जीपीए) और कड़े (ई = 348 जीपीए) थे, एक एकल चरण सीआरएन सीआर 2 एन के रूप में लगभग मुश्किल था लेकिन अधिक लोचदार (ई = 300 जीपीए) और बयान की दर कम थी।
प्रतिक्रियाशील चाप बाष्पीकरण द्वारा हाई स्पीड स्टील सबस्ट्रेट्स पर जमा क्रोमियम नाइट्राइड फिल्मों के माइक्रोस्ट्रक्चर और यांत्रिक गुणों का अध्ययन ओडन एट अल द्वारा किया गया। 10 माइक्रोन मोटी फिल्मों को नाइट्रोजन के आंशिक दबाव में 220 मिनट और 20 से 400 वी के विभिन्न नकारात्मक सब्सट्रेट बायसों पर जमा किया गया। फिल्मों के माइक्रोस्ट्रक्चर घने और स्तंभ थे, पसंदीदा ओरिएंटेशन सीआरएन (220) और सीआरएन (220) बनावट गुणांक 200V तक बढ़ते नकारात्मक पूर्वाग्रह के साथ बढ़े -100 वी के एक सब्सट्रेट पूर्वाग्रह के लिए 29 GPa की एक अधिकतम नैनोहार्डस पहुंच गई थी।
एक समर्पित आवेदन के लिए सीआरएन कोटिंग्स, तांबे की मशीनिंग के लिए उपकरण काटने, एक कैथोडिक चाप आयन चढ़ाना द्वारा निर्मित किया गया था। ये फिल्में 4 पा के नाइट्रोजन आंशिक दबाव और विभिन्न नकारात्मक सब्सट्रेट पूर्वाग्रहों, 0 - 200 वी में जमा की गई थी। पसंदीदा वरीयता सीआरएन (111) थी और सूक्ष्म संरचना घने और स्तंभकारी थी। अनाज के आकार में बढ़ती पूर्वाग्रह में कमी आई और अधिकतम विकर्स के लिए 100 डिग्री के पूर्वाग्रह के साथ-साथ अधिकतम कॉम्प्रेस्टिक अवशिष्ट तनाव के लिए माइक्रो कठोरता तक पहुंच गया। काट प्रदर्शन परीक्षणों ने संकेत दिया कि तांबे के मिलिंग में प्रदर्शन की माप के रूप में फ़िल्म की कठोरता और अवशिष्ट तनाव नहीं लिया जा सकता है
