Med hensyn til PVD-principper kan wolfram (W) aflejres ved hjælp af forskellige metoder, såsom magnetronforstøvning, multi-bue-ionplettering, HiPIMS eller ion-stråle-aflejring. Det virkelige spørgsmål er: hvad er den påtænkte anvendelse for wolfram? Ønsker du at skabe et rent wolframlag, wolframcarbid (WC), et mindre doteringsmiddel i en W-DLC-belægning eller et højt-belastnings-overgangslag?
Den mest egnede metode varierer afhængigt af formålet.
Den største fordel ved magnetronforstøvning for W er "nem kontrol"
W-målet er et ledende mål og kan bruges til magnetronforstøvning. Ar-ioner bombarderer W-målet, slår W-atomer ud og afsætter dem derefter på overfladen af emnet.
Fordelene ved at bruge magnetronforstøvning til at afsætte wolfram (W) er klare: færre partikler, en glat filmoverflade og let kontrollerbar sammensætning. Denne metode er særligt velegnet til W-DLC-belægninger, hvor der kræves præcis kontrol over wolframindholdet.
I W-DLC er wolfram generelt ikke den primære funktionelle komponent. Kulstofnetværket er det, der faktisk giver lav-friktionsegenskaber; wolfram tjener til at justere intern belastning, forbedre belastningsevnen- og forbedre stabiliteten af tykkere film. Men tilsætning af for meget wolfram forstyrrer det kulstofnetværk med lav-friktion, der er karakteristisk for DLC.
Derfor er W-DLC mest bange for, at W-indholdet kommer ud af kontrol.
Heri ligger fordelen ved magnetronforstøvning. Du kan langsomt bringe W-indholdet til målvinduet ved at justere W-måleffekten, kulstofkildens flowhastighed, forspænding og lufttryk. For eksempel, hvis du sammenligner lav W, medium W og høj W, kan tendenserne i friktion, hårdhed og stress tydeligt ses.
Derfor er magnetronsputtering en meget almindelig og stabil rute for fin W-doping, W-C-overgangslag og W-DLC-hovedlag.
Multi-arc ion plating kan bruges til wolfram (W), men det giver større udfordringer.
Det er ikke umuligt at behandle wolfram ved hjælp af multi-arc ion plating.
Lysbuepunkterne i katodisk lysbueprocesser besidder ekstrem høj energi; teoretisk set kan de fordampe en lang række høj-smeltepunkt-metaller, herunder ildfaste metaller som W, Mo og Ta. Det faktum, at wolfram har et højt smeltepunkt, betyder ikke, at det ikke kan fordampes af lysbuepunktet.
Men bare fordi det er muligt, betyder det ikke, at det er nemt at opnå.
Wolfram (W) er et materiale karakteriseret ved et højt smeltepunkt og høj hårdhed; som følge heraf er processer såsom bearbejdning af mål, fastspænding, afkøling og opretholdelse af lysbuetændingsstabilitet mere udfordrende end med standardmål af titanium (Ti) eller krom (Cr).
Når du bruger multi-bueaflejring til wolfram, skal der lægges særlig vægt på buepletbevægelse, måloverfladeablation, lokal overophedning, partikeldannelse og ruhed af filmoverfladen.
Karakteristikaene ved multi-buer er høj metalioniseringshastighed, stærk aflejringsenergi og god bindingskraft, men det er også nemt at bringe dråber og store partikler med.
For konventionelle lysbuemål som Ti og Cr er partikler allerede et almindeligt problem i flere buer. Hvis det erstattes af et materiale med højt smeltepunkt, såsom W, er lysbueplettilstanden og måloverfladeablationen ikke godt kontrolleret, og filmoverfladedefekter kan også være indlysende.
Mens multi-bueteknologi kan bruges til at afsætte wolfram (W), er den derfor bedre egnet til applikationer, der kræver intens metalionbombardement, høj vedhæftning og forstærkning af overgangs- eller belastningsbærende lag; den er ikke nødvendigvis ideel til at producere de meget raffinerede W-DLC-overfladelag, der kræver lave partikelniveauer og præcis kontrol over wolframindhold.
Hvorfor foretrækker flere mennesker magnetronforstøvning, når de producerer W-DLC?
Fordi nøglen til W-DLC ikke kun ligger i at "inkorporere wolfram", men i at bestemme, hvor meget der skal tilføjes, hvor det skal distribueres, og om tilføjelsen forstyrrer kulstofnetværket.
Ved at bruge et magnetron-forstøvet wolfram (W)-mål i forbindelse med en kulstofkilde-såsom et grafitmål, acetylen, methan eller andet carbonplasma-er det relativt nemt at opretholde et lavt wolframindhold, hvilket gør det muligt at sprede det i DLC-matrixen som fine W-C{4}-strukturer.
På denne måde tjener wolfram til at forbedre-bæreevnen og reducere stress, mens kulstofnetværket forbliver kontinuerligt, hvilket sikrer, at lav-friktionsegenskaber bevares.
Når du bruger en wolfram (W)-kilde i en multi-bueproces, kan fluxen af wolframmetalioner være ret intens, hvilket gør det let for det lokale wolframindhold at blive for højt.
Høje wolframniveauer har en tendens til at fremme dannelsen af betydelige mængder WC- eller W₂C-faser, hvilket effektivt låser kulstoffet ind i karbidstrukturer. Som følge heraf kan den resulterende belægning ende som en wolfram-holdig hårdmetalkompositbelægning i stedet for en lav-friktions DLC-belægning.
Med andre ord, selvom det bestemt er muligt at bruge en wolframkilde i multi-bueaflejring, er vinduet til styring af wolframindhold smallere og vanskeligere at administrere; desuden skal der lægges stor vægt på overfladepartikler og kontinuiteten i kulstofnettet.
Hvor er multi-arc W bedre egnet til at blive placeret?
Hvis det er W-DLC, foretrækker jeg at forstå multi-arc W som et værktøj til "enhancement layer" eller "transition layer", i stedet for direkte at bruge det til at lave et helt lag med højt W-indhold DLC.
Tæt på underlaget kan der f.eks. bruges et W- eller WC-overgangslag til at forbedre belastnings-bæring og binding; en W-C-gradient kan laves i midten for at tillade en gradvis overgang fra metal til kulstof; den mest overflade bevarer stadig kulstof-rig DLC for at sikre lav friktion og anti-vedhæftning.
Dette design er mere rationelt end at bruge et monolitisk wolfram (W) lag.
Hvis målet ikke er lav-friktions-DLC, men snarere et høj-hårdhed,-slidbestandigt lag af W, WC eller W-C, er multi-buetilgangen også værdifuld. Dette skyldes, at multi-bueaflejring genererer metalioner med-høj energi, hvilket resulterer i tætte belægninger med stærk vedhæftning-ideel til at skabe robuste,-slidbestandige lag.
Men hvis klienten kræver en usædvanlig glat overflade, minimale partikler og en lav friktionskoefficient, bør man udvise forsigtighed, når man udelukkende stoler på multi-bueaflejring for wolfram.
Hvis du producerer W-DLC-belægninger-især hvor fokus er på lav friktion, anti-klæbeegenskaber, glidende komponenter eller glatte formoverflader-prioriterer du at bruge magnetronforstøvning eller HiPIMS til at afsætte wolframkomponenten (W) kombineret med en kulstofkilde til aflejring. Denne tilgang giver mulighed for bedre kontrol over wolframindholdet, resulterer i en finere belægningsoverflade og gør det lettere at bevare kulstofnetværksstrukturen.
Hvis du skal producere et W-C-overgangslag, der er tykkere, tilbyder højere belastnings-bærekapacitet og kræver stærk vedhæftning, kan du overveje at bruge en multi-arc W-kilde eller en hybridkilde, der kombinerer multi-bue- og magnetronforstøvning.
Hvis du sigter efter at producere rene W- eller WC-type-slidbestandige-lag, er multi-buemetoden også en mulighed, selvom du skal være forberedt på at håndtere udfordringer såsom partikler, indre spændinger, måloverfladeablation og overfladeruhed.
Konklusionen er derfor enkel:
Tungsten (W) belægninger kan ikke kun fremstilles via magnetronforstøvning, men også gennem multi-bue-ion-belægning.
Imidlertid er magnetronforstøvning bedre egnet til præcis styring af wolframindhold og opnåelse af en overflade med minimale partikler, hvorimod multi-buebelægning er overlegen til at skabe W- eller W-C-overgangslag karakteriseret ved høj ionisering, stærk vedhæftning og høj belastnings-bæreevne. Den optimale tilgang involverer ofte en hybrid strategi i stedet for at vælge den ene metode frem for den anden: Brug af et wolframlag i bunden for at forbedre belastningsbæreevnen og samtidig bibeholde et DLC-carbonlag med lav-friktion på overfladen.
