От гледна точка на принципите на PVD, волфрамът (W) може да бъде отложен с помощта на различни методи, като магнетронно разпрашване, мулти{0}}дъгово йонно покритие, HiPIMS или отлагане с помощта на йонен-лъч-. Истинският въпрос е: какво е предвиденото приложение на волфрама? Търсите ли да създадете слой от чист волфрам, волфрамов карбид (WC), незначителна добавка в W-DLC покритие или високо-натоварващ-преходен слой?
Най-подходящият метод варира в зависимост от целта.
Най-голямото предимство на магнетронното разпръскване за W е "лесният контрол"
Мишената W е проводяща мишена и може да се използва за магнетронно разпръскване. Ar йони бомбардират W мишената, избиват W атоми и след това ги отлагат върху повърхността на детайла.
Предимствата от използването на магнетронно разпрашване за отлагане на волфрам (W) са ясни: по-малко частици, гладка повърхност на филма и лесно контролируем състав. Този метод е особено-подходящ за W-DLC покрития, където се изисква прецизен контрол върху съдържанието на волфрам.
В W-DLC волфрамът обикновено не е основният функционален компонент. Въглеродната мрежа е това, което всъщност осигурява свойства с ниско-триене; волфрамът служи за регулиране на вътрешните напрежения, повишаване-носещият капацитет и подобряване на стабилността на по-дебели филми. Добавянето на твърде много волфрам обаче нарушава въглеродната мрежа с ниско-триене, характерна за DLC.
Следователно W-DLC се страхува най-много съдържанието на W да излезе извън контрол.
Тук се крие ползата от магнетронното разпрашване. Можете бавно да доведете съдържанието на W до целевия прозорец, като регулирате целевата мощност на W, дебита на източника на въглерод, напрежението на отклонение и въздушното налягане. Например, ако сравните ниско W, средно W и високо W, тенденциите в триенето, твърдостта и напрежението могат да се видят ясно.
Следователно магнетронното разпрашване е много често срещан и стабилен начин за фино W легиране, W-C преходен слой и W-DLC основен слой.
Много{0}}дъгово йонно покритие може да се използва за волфрам (W), но представлява по-големи предизвикателства.
Не е невъзможно волфрамът да се обработва чрез много-дъгово йонно покритие.
Дъговите петна в процесите с катодна дъга притежават изключително висока енергия; теоретично те могат да изпарят широка гама от метали с висока{0}}точка на{1}}топене, включително огнеупорни метали като W, Mo и Ta. Фактът, че волфрамът има висока точка на топене, не означава, че не може да се изпари от петното на дъгата.
Но това, че е възможно, не означава, че е лесно за постигане.
Волфрамът (W) е материал, характеризиращ се с висока точка на топене и висока твърдост; следователно, процеси като обработка на целта, затягане, охлаждане и поддържане на стабилността на запалването на дъгата са по-предизвикателни, отколкото със стандартните мишени от титан (Ti) или хром (Cr).
Когато използвате много{0}}дъгово отлагане за волфрам, трябва да се обърне специално внимание на движението на дъговото петно, аблацията на целевата повърхност, локализираното прегряване, образуването на частици и грапавостта на повърхността на филма.
Характеристиките на мулти{0}}дъгата са висока скорост на йонизация на метала, силна енергия на отлагане и добра сила на свързване, но също така е лесно да се доведат капчици и големи частици.
За конвенционалните дъгови мишени като Ti и Cr, частиците вече са често срещан проблем в множество дъги. Ако се замени с материал с висока точка на топене като W, състоянието на петното на дъгата и аблацията на целевата повърхност не се контролират добре и дефектите на повърхността на филма също могат да бъдат очевидни.
Следователно, макар че много{0}}дъговата технология може да се използва за отлагане на волфрам (W), тя е по-подходяща за приложения, изискващи интензивно бомбардиране с метални йони, висока адхезия и подсилване на преходни или-носещи натоварване слоеве; не е непременно идеален за производството на силно рафинирани W-DLC повърхностни слоеве, които изискват ниски нива на частици и прецизен контрол върху съдържанието на волфрам.
Защо повече хора предпочитат магнетронно разпръскване, когато произвеждат W-DLC?
Тъй като ключът към W-DLC се крие не просто във „включването на волфрам“, а в определянето на това колко да се добави, къде да се разпредели и дали добавянето нарушава въглеродната мрежа.
Чрез използване на магнетронно-разпръсната мишена от волфрам (W) във връзка с източник на въглерод-като графитна мишена, ацетилен, метан или друга въглеродна плазма-е относително лесно да се поддържа ниско съдържание на волфрам, което му позволява да се разпръсне в DLC матрицата като фини W-C структури или нано-карбиди.
По този начин волфрамът служи за подобряване-на носещата способност и намаляване на напрежението, докато въглеродната мрежа остава непрекъсната, гарантирайки, че свойствата на ниско-триене се запазват.
Когато се използва източник на волфрам (W) в много{0}}дъгов процес, потокът от метални йони волфрам може да бъде доста интензивен, което улеснява местното съдържание на волфрам да стане прекалено високо.
Високите нива на волфрам са склонни да насърчават образуването на значителни количества WC или W₂C фази, като ефективно заключват въглерода в карбидни структури. Следователно, полученото покритие може да се окаже като твърдо композитно твърдо покритие,-съдържащо волфрам, а не DLC покритие с ниско-триене.
С други думи, въпреки че със сигурност е възможно да се използва източник на волфрам при много-дъгово отлагане, прозорецът за контролиране на съдържанието на волфрам е по-тесен и по-труден за управление; освен това трябва да се обърне специално внимание на повърхностните частици и непрекъснатостта на въглеродната мрежа.
Къде е по-подходящо да се постави мулти{0}}дъгата W?
Ако е W-DLC, предпочитам да разбирам multi-arc W като инструмент за „подобрен слой“ или „преходен слой“, вместо директно да го използвам, за да направя цял слой с високо W-съдържание DLC.
Например, в близост до основата може да се използва W или WC преходен слой за подобряване-поносимостта и свързването; може да се направи градиент W-C в средата, за да се позволи постепенен преход от метал към въглерод; повечето повърхности все още поддържат богат на въглерод- DLC, за да осигурят ниско триене и анти-адхезия.
Този дизайн е по-рационален от използването на монолитен волфрамов (W) слой.
Ако целта не е DLC с ниско-триене, а по-скоро високо-твърдост,-износоустойчив слой от W, WC или W-C, много-дъговият подход също е ценен. Това е така, защото много-дъговото отлагане генерира високо-енергийни метални йони, което води до плътни покрития със силна адхезия,-идеални за създаване на здрави,-устойчиви на износване слоеве.
Въпреки това, ако клиентът изисква изключително гладка повърхност, минимални частици и нисък коефициент на триене, човек трябва да внимава, когато разчита единствено на много{0}}дъгово отлагане за волфрам.
Ако произвеждате W-DLC покрития-особено когато фокусът е върху ниско триене, свойства против-залепване, плъзгащи се компоненти или гладки повърхности на матрицата-дайте приоритет на използването на магнетронно разпрашване или HiPIMS за отлагане на волфрамовия (W) компонент, комбиниран с източник на въглерод за отлагане. Този подход позволява по-добър контрол върху съдържанието на волфрам, води до по-фина повърхност на покритието и улеснява запазването на структурата на въглеродната мрежа.
Ако трябва да произведете преходен слой W-C, който е по-дебел, предлага по-висок-носещ капацитет и изисква силна адхезия, можете да обмислите използването на много-дъгов W източник или хибриден източник, комбиниращ много-дъгово и магнетронно разпръскване.
Ако се стремите да произвеждате чисти W или WC{0}}тип-устойчиви на износване слоеве, много-дъговият метод също е опция, въпреки че трябва да сте подготвени да се справите с предизвикателства като частици, вътрешно напрежение, аблация на целевата повърхност и грапавост на повърхността.
Следователно изводът е прост:
Покритията от волфрам (W) могат да бъдат произведени не само чрез магнетронно разпрашване, но и чрез много-дъгово йонно покритие.
Въпреки това, магнетронното разпрашване е по-подходящо за прецизно контролиране на съдържанието на волфрам и постигане на повърхност с минимални частици, докато много{0}}дъговото покритие е по-добро за създаване на W или W-C преходни слоеве, характеризиращи се с висока йонизация, силна адхезия и висока-носеща способност. Оптималният подход често включва хибридна стратегия, вместо да се избира един метод пред друг: използване на слой от волфрам в основата за подобряване-носещата способност, като същевременно се запазва слой от DLC въглерод с ниско-триене на повърхността.
