AbstractReactive Magnetron Sputtere

Abstract
Reactive Magnetron Sputtered TiN and TiC films were deposited on AISI H13 tool steel and silicon (111) substrates, under nitrogen and argon
or methane and argon reactive plasma. Depth sensing techniques were used to assess the mechanical properties of the films, namely hardness and
Young modulus using a load of 7.0 mN. TiN and TiC were deposited using a magnetron sputtering technique, the amount of nitrogen in the
sputtering gas being changed from 3 to 38 vol.% and the amount of methane from 2 vol.% to 27 vol.%. The H/E ratio (Hardness/Young Modulus)
of TiN films increases continuously when the amount of nitrogen in the sputtering gas is increased from 3 to 38 vol.%. For TiC films the ratio H/E
reached a maximum for a methane content of 12 vol.% in the sputter gas. The film to substrate adhesion was measured using Rockwell C tests.
The adhesion of the film to the substrate was greater when the H/E ratio of the film and of the substrate were similar.
© 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.
Keywords: Magnetron sputtering; H/E ratio; Adhesion and coatings
1. Introduction
The deposition of ceramic films on tool steel by vapor
deposition techniques is now a common practice. These layers
can be produced by different processes, divided basically into
two main groups: chemical vapor deposition (CVD) and
physical vapor deposition (PVD). Each of these processes has
advantages and disadvantages depending mainly on the final
application and on the desired properties of the coating.
Controlling the adhesion of the deposited ceramic layer to
the substrate constitutes one of the main difficulties and an
object of concern of many research groups and of commercial
organizations in the area of surface engineering and surface
science. Some studies, developed during the 80s, showed that
adhesion could be improved through the deposition of a Ti
intermediate layer [1–3]. Other pre-treatments like substrate
hardening and duplex treatments performed before PVD, CVD,
HVOF (high velocity oxygen fuel) and multilayer depositions
have led to a significant improvement of the film-substrate
adhesion due to an increase of the load bearing capacity of the
substrate [4–7]. The first work dealing with TiN coatings
deposited on plasma nitrided tool steel surfaces was published
in the 80s [8] and the plasma nitriding pre-treatments (low and
high pressure) became technologically feasible for industrial
applications [8–16]. When performed in a hybrid reactor (inside
the same chamber), duplex treatments improve the adhesion of
the TiN ceramic film to the substrate [13].
There are three different ways of relating hardness and
Young modulus to the mechanical properties of the film.
Matthews and Leyland proposed the study of the relationship
between the tribological properties of ceramic coatings and the
ratio between the hardness (H) and the Young Modulus (E) of
the film. This ratio, according to the authors, is related to the
elastic strain to failure of the coating [17]. On the other hand, the
H3
/E2 parameter proposed by Johnson [18] was associated to
the coating resistance to plastic deformation [17]. This ratio can
only be used for a configuration similar to a rigid-ball in contact
with an elastic/plastic plate [18], provided that the hardness of
Available online at www.sciencedirect.com
Surface & Coatings Technology 202 (2007) 1078–1083
www.elsevier.com/locate/surfcoat
⁎ Corresponding author. Tel.: [phone]; fax: [phone].
E-mail address: [e-mail] (A.P. Tschiptschin).
0257-8972/$ - see front matter © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.
doi:10.1016/j.surfcoat.2007.07.073

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

บทคัดย่อฟิล์มรับผลิตกระป๋องและ Magnetron Sputtered ดีบุกปฏิกิริยาได้ฝากกับ AISI H13 เครื่องมือเหล็กและซิลิคอน (111) พื้นผิว ไนโตรเจนและอาร์กอนหรือมีเทนและอาร์กอนพลาสมาปฏิกิริยา ใช้เทคนิคการตรวจวัดความลึกในการประเมินคุณสมบัติทางกลของฟิล์ม คือความแข็ง และโมดูลัสหนุ่มใช้การโหลดของ 7.0 mN ดีบุกและรับผลิตกระป๋องได้ฝากใช้ magnetron ที่พ่นเทคนิค จำนวนของไนโตรเจนในการพ่นแก๊สที่ถูกเปลี่ยนแปลงจาก 3 กับ 38 vol.% และยอดของมีเทนจาก 2 vol.% กับ 27 vol.% อัตราส่วน H/E (โมดูลัสความแข็งเด็ก)ดีบุก ฟิล์มเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อจำนวนของไนโตรเจนในก๊าซ sputtering จะเพิ่มขึ้นจาก 3 38 vol.% สำหรับรับผลิตกระป๋องภาพยนตร์อัตราส่วน H/Eถึงสูงสุดสำหรับเนื้อหามีเทนของ vol.% 12 ในก๊าซ sputter ฟิล์มจะยึดเกาะพื้นผิวถูกวัดโดยใช้การทดสอบ C ร็อคเวลล์ยึดเกาะของฟิล์มกับพื้นผิวได้มากขึ้นเมื่ออัตราส่วน H/E ของฟิล์ม และ ของพื้นผิวคล้ายกัน© 2007 Elsevier b.v สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมดคำสำคัญ: Magnetron สปัตเตอร์ อัตราส่วน H/E ยึดเกาะและเคลือบ1. บทนำสะสมของฟิล์มเซรามิคเหล็กกล้าเครื่องมือโดยไอน้ำเทคนิคสะสมขณะนี้ปฏิบัติทั่วไป ชั้นเหล่านี้สามารถผลิตได้ ด้วยกระบวนการต่าง ๆ โดยทั่วไปแบ่งเป็นกลุ่มสองหลัก: การสะสมไอสารเคมี (เกี่ยวกับ และไอจริงสะสม (PVD) กระบวนการเหล่านี้มีข้อดีและข้อเสียส่วนใหญ่ตามสุดท้ายโปรแกรมประยุกต์ และคุณสมบัติของเคลือบที่ต้องการการควบคุมการยึดเกาะของเซรามิกชั้นนำฝากเพื่อพื้นผิวถือหนึ่งในปัญหาหลักและวัตถุความกังวล ของหลายงานวิจัย และ การพาณิชย์องค์กรในพื้นที่วิศวกรรมพื้นผิวและพื้นผิววิทยาศาสตร์ บางการศึกษา พัฒนาในช่วง 80s พบว่าสามารถปรับปรุงผ่านสะสมของตี้ยึดเกาะระดับกลางชั้น [1-3] รักษาอื่น ๆ ก่อนเช่นพื้นผิวแข็ง และดูเพล็กซ์บำบัดก่อน PVD ผิว CVDHVOF (ความเร็วสูงออกซิเจนเชื้อเพลิง) และ depositions หลายชั้นได้นำไปสู่การปรับปรุงที่สำคัญของพื้นผิวฟิล์มยึดเกาะเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของโหลดที่เรืองรองพื้นผิว [4-7] งานแรกที่จัดการกับเคลือบดีบุกฝากบนพลาสม่า nitrided เครื่องมือเหล็กพื้นผิวถูกเผยแพร่ใน 80s [8] และการพลาสม่าทำไนไตรด์ก่อนรักษา (ต่ำ และแรงดันสูง) เป็นเทคโนโลยีที่เป็นไปได้สำหรับอุตสาหกรรมโปรแกรมประยุกต์ [8-16] เมื่อดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์แบบไฮบริด (ภายในเดียวกับหอการค้า), รักษาหน้าปรับปรุงการยึดเกาะของฟิล์มเซรามิกดีบุกพื้นผิว [13]มีสามวิธีเชื่อมโยงความแข็ง และโมดูลัสของหนุ่มคุณสมบัติทางกลของฟิล์มนำเสนอการศึกษาความสัมพันธ์แมธธิวส์และ Leylandระหว่างคุณสมบัติ tribological ของเคลือบเซรามิคและอัตราส่วนระหว่างความแข็ง (H) และยังโมดูลัส (E) ของภาพยนตร์เรื่องนี้ อัตราส่วนนี้ ตามผู้เขียน เกี่ยวข้องกับการต้องใช้ความยืดหยุ่นเพื่อความล้มเหลวของเคลือบ [17] บนมืออื่น ๆ การH3/ พารามิเตอร์ E2 เสนอ โดย Johnson [18] เชื่อมโยงกับต้านทานเคลือบไปแมพพลาสติก [17] อัตราส่วนนี้สามารถใช้ได้เฉพาะ สำหรับโครงแบบที่คล้ายกับแข็งลูกติดต่อมีแผ่นเป็นพลาสติกยืดหยุ่น [18], ให้บริการที่ความแข็งของมีออนไลน์ที่ www.sciencedirect.comพื้นผิวและเทคโนโลยีเคลือบ 202 (2007) 1078-1083www.elsevier.com/locate/surfcoatผู้ที่เกี่ยวข้อง⁎ โทร.: [phone] โทรสาร: [phone]อีเมล์ที่อยู่: (อ่าวนาง Tschiptschin) ใน [e-mail]0257-8972 / $ - ดูหน้าเรื่อง © 2007 Elsevier b.v สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมดdoi:10.1016/j.surfcoat.2007.07.073

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อปฏิกิริยา Magnetron sputtered TiN และภาพยนตร์ TiC ถูกวางลงบนเหล็กเครื่องมือ AISI H13 และซิลิกอน (111) พื้นผิวภายใต้ไนโตรเจนและอาร์กอนหรือก๊าซมีเทนและอาร์กอนพลาสม่าปฏิกิริยา ความลึกเทคนิคการตรวจจับถูกนำมาใช้ในการประเมินคุณสมบัติทางกลของภาพยนตร์คือความแข็งและมอดุลัสที่ใช้ในการโหลด 7.0 มินนิโซตา ดีบุกและ TiC มีเงินใช้เทคนิคสปัตเตอร์แมกที่ปริมาณของไนโตรเจนในก๊าซสปัตเตอร์มีการเปลี่ยนแปลง3-38 ฉบับ.% และจำนวนเงินของก๊าซมีเทนจาก 2 ฉบับ. ถึง 27% โดยปริมาตร.% H / E Ratio ของ (ความแข็ง / หนุ่มมอดูลัส) ของภาพยนตร์ TiN เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อปริมาณไนโตรเจนในสปัตเตอร์ก๊าซจะเพิ่มขึ้น 3-38 ฉบับ.% สำหรับภาพยนตร์ TiC อัตราส่วน H / E สูงสุดสำหรับเนื้อหามีเทน 12 ฉบับ.% ก๊าซปะทุ ภาพยนตร์เรื่องนี้กับพื้นผิวยึดเกาะได้รับการวัดโดยใช้การทดสอบ Rockwell C. การยึดเกาะของฟิล์มกับพื้นผิวได้มากขึ้นเมื่อ H / E ของภาพยนตร์และพื้นผิวมีความคล้ายคลึงกัน. © 2007 Elsevier BV สงวนลิขสิทธิ์. คำสำคัญ: สปัตเตอร์ Magnetron ; อัตราส่วน H / E; การยึดติดและสารเคลือบ1 การแนะนำการสะสมของภาพยนตร์เซรามิกบนเหล็กเครื่องมือโดยไอเทคนิคการสะสมในขณะนี้เป็นหลักปฏิบัติทั่วไป ชั้นเหล่านี้สามารถผลิตได้โดยกระบวนการที่แตกต่างกันโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก: ไอสารเคมีสะสม (CVD) และสะสมไอทางกายภาพ(PVD) แต่ละกระบวนการเหล่านี้มีข้อดีและข้อเสียขึ้นอยู่ส่วนใหญ่ในรอบสุดท้ายและการประยุกต์ใช้ในคุณสมบัติที่ต้องการของสารเคลือบผิว. การควบคุมการยึดเกาะของชั้นเซรามิกฝากไปยังพื้นผิวที่ถือว่าเป็นหนึ่งในปัญหาหลักและวัตถุของความกังวลของกลุ่มวิจัยจำนวนมากและเชิงพาณิชย์ขององค์กรในพื้นที่ของวิศวกรรมพื้นผิวและพื้นผิววิทยาศาสตร์ บางการศึกษา, การพัฒนาในช่วงยุค 80 แสดงให้เห็นว่าการยึดเกาะที่อาจจะดีขึ้นผ่านการสะสมของTi ชั้นกลาง [1-3] การรักษาก่อนอื่น ๆ เช่นพื้นผิวแข็งและการรักษาเพล็กซ์ดำเนินการก่อนPVD, CVD, HVOF (ความเร็วสูงเชื้อเพลิงออกซิเจน) และ depositions หลายได้นำไปสู่การปรับปรุงที่สำคัญของฟิล์มพื้นผิวยึดเกาะที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของกำลังการผลิตแบกภาระของพื้นผิว[4-7] งานแรกที่เกี่ยวข้องกับการเคลือบ TiN วางลงบนเครื่องมือไนไตรด์พลาสม่าพื้นผิวเหล็กที่ตีพิมพ์ในยุค 80 [8] และพลาสม่าไนไตรด์การรักษาก่อน (ต่ำและแรงดันสูง) กลายเป็นไปได้สำหรับอุตสาหกรรมเทคโนโลยีการใช้งาน [8-16] เมื่อดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์ไฮบริด (ภายในห้องเดียวกัน), การรักษาเพล็กซ์เพิ่มการยึดเกาะของดีบุกฟิล์มเซรามิกกับพื้นผิว [13]. มีสามวิธีที่แตกต่างกันเกี่ยวกับความแข็งและความเป็นโมดูลัสหนุ่มสมบัติเชิงกลของฟิล์ม. แมตทิวส์ และเลย์ที่นำเสนอการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติtribological ของการเคลือบเซรามิกและอัตราส่วนระหว่างความแข็ง(H) และโมดูลัสหนุ่ม (E) ของภาพยนตร์เรื่องนี้ อัตราส่วนนี้ตามที่ผู้เขียนที่มีความเกี่ยวข้องกับความเครียดยืดหยุ่นความล้มเหลวของการเคลือบ [17] ในทางกลับกัน, H3 / E2 พารามิเตอร์ที่เสนอโดยจอห์นสัน [18] เป็นคนที่เกี่ยวข้องในการต้านทานต่อการเปลี่ยนรูปเคลือบพลาสติก[17] อัตราส่วนนี้สามารถถูกใช้สำหรับการกำหนดค่าที่คล้ายกับลูกเข้มงวดในการติดต่อกับยืดหยุ่น/ แผ่นพลาสติก [18] โดยมีเงื่อนไขว่าแข็งของออนไลน์มีจำหน่ายที่www.sciencedirect.com พื้นผิวและเคลือบสี 202 เทคโนโลยี (2007) 1078- 1083 www.elsevier.com/locate/surfcoat ⁎ผู้รับผิดชอบ Tel .: [phone]; แฟ็กซ์: 55 11 30915243. อีเมล์: [e-mail] (AP Tschiptschin). 0257-8972 / $ - เห็นว่าด้านหน้า© 2007 Elsevier BV สงวนลิขสิทธิ์. ดอย: 10.1016 / j.surfcoat.2007.07.073

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นามธรรม
reactive ตรอน sputtered ดีบุกและ TIC ภาพยนตร์ฝากเงินใน AISI h13 เครื่องมือเหล็กและซิลิคอน ( 111 ) พื้นผิวภายใต้ไนโตรเจนและอาร์กอน ก๊าซมีเทนและก๊าซปฏิกิริยา
หรือพลาสมา การใช้เทคนิคเชิงลึกเพื่อศึกษาสมบัติเชิงกลของแผ่นฟิล์ม ได้แก่ ความแข็ง และค่า
หนุ่มใช้โหลด 7.0 ) ดีบุกแมกนีตรอนสปัตเตอริง TIC ฝากเงินโดยใช้เทคนิคปริมาณไนโตรเจนใน
แก๊สสถูกเปลี่ยนจาก 3 เล่มที่ 38 % และปริมาณของก๊าซมีเทนจาก 2 ฉบับ ( ฉบับที่ 27 ) อัตราส่วน h / E ( ความแข็ง / อ่อน ) )
ฟิล์มดีบุก เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อปริมาณของไนโตรเจนในก๊าซทำงานเพิ่มขึ้นจาก 3 เล่มที่ 38 % สำหรับแนะนำภาพยนตร์อัตราส่วน H / E
ถึงสูงสุดสำหรับมีเทนเนื้อหา 12 ฉบับในละล่ำละลักก๊าซฟิล์มยึดเกาะพื้นผิวการวัดการทดสอบ Rockwell C .
การยึดเกาะของฟิล์มที่หลากหลายได้มากขึ้นเมื่อ H / E Ratio ของฟิล์มและพื้นผิวมีลักษณะคล้ายคลึงกัน สามารถนำเสนอ
© 2007 สงวนลิขสิทธิ์ แมกนีตรอนสปัตเตอริง
คำสำคัญ : ; H / E Ratio ; รอยขีดข่วนและเคลือบ
1 . บทนำ
คำให้การของ เซรามิก ภาพยนตร์โดยไอ
เหล็กเครื่องมือเทคนิคการเคลือบเป็นปฏิบัติทั่วไป ชั้นเหล่านี้สามารถผลิตโดยกระบวนการที่แตกต่างกัน

แบ่งพื้นเป็นสองกลุ่มหลัก : chemical vapor deposition ( CVD ) และ
สะสมไอทางกายภาพ ( PVD ) แต่ละกระบวนการเหล่านี้มีข้อดีและข้อเสีย ขึ้นอยู่กับส่วนใหญ่ใน

และโปรแกรมสุดท้ายที่ต้องการคุณสมบัติของเคลือบ
การควบคุมการยึดติดของฝากเซรามิกชั้น

( ถือเป็นหนึ่งในปัญหาหลักและเป็นวัตถุของความกังวลของกลุ่มงานวิจัย

หลายองค์กรเชิงพาณิชย์ในพื้นที่ของวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมพื้นผิวผิว

บางการศึกษาที่พัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ พบว่าสามารถปรับปรุงผ่าน
การสะสมของ Ti
กลางชั้น 1 ) [ 3 ]ก่อนการรักษาอื่น ๆเช่นการรักษาพื้นผิวและเพล็กซ์แสดงก่อน

วิธี PVD , HVOF ( ความเร็วสูงเชื้อเพลิงออกซิเจน ) และ Multilayer Depositions
ทำให้การปรับปรุงที่สำคัญของฟิล์มยึดเกาะพื้นผิว
เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของการรับแรงของ
( 4 ) [ 7 ] ผลงานชิ้นแรกที่เกี่ยวข้องกับดีบุกเคลือบ
เงินฝากใน nitrided พลาสมาเครื่องมือเหล็กพื้นผิวถูกตีพิมพ์
ใน 80s [ 8 ] และพลาสมา nitriding รักษาก่อน ( ต่ำและแรงดันสูงเป็นเทคโนโลยี
) เป็นไปได้สำหรับการใช้งาน [ 8 – 16 ] อุตสาหกรรม

เมื่อดำเนินการในถังปฏิกรณ์แบบลูกผสม ( ข้างใน
ห้องเดียวกัน ) การรักษา ดูเพล็กซ์ เพิ่มความสามารถในการยึดติดของ
กระป๋องเซรามิกฟิล์มพื้นผิว [ 13 ] .
มีสามวิธีที่แตกต่างกันที่เกี่ยวข้องกับ
หนุ่มัสความแข็งและสมบัติเชิงกลของฟิล์ม
แมตทิวส์และเลย์เสนอการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง tribological
คุณสมบัติของเคลือบเซรามิกและ
สัดส่วนระหว่างความแข็ง ( H ) และค่าโมดูลัสของยัง ( E )
ฟิล์ม อัตราส่วนนี้ ตามผู้เขียน เป็นเรื่องที่เกี่ยวข้องกับ
ยางยืด ) ความล้มเหลวของการเคลือบ [ 17 ] บนมืออื่น ๆ , H3

/ E2 ค่าพารามิเตอร์ที่เสนอโดยจอห์นสัน [ 18 ] เกี่ยวข้องกับ
ความต้านทานเคลือบพลาสติกเสียรูป [ 17 ] อัตราส่วนนี้สามารถ
จะใช้องค์ประกอบคล้ายกับลูกบอลแข็งติดต่อ
ด้วยแผ่นพลาสติก / [ 18 ] ให้ความแข็งของบริการออนไลน์ที่ www.sciencedirect

. comการเคลือบผิวเทคโนโลยี& 202 ( 2007 ) และ–เรา
www.elsevier . com / ค้นหา / surfcoat
⁎ที่สอดคล้องกันของผู้เขียน โทร . 55 11 30915656 ; โทรสาร : 55 11 30915243 .
e - mail address : [e-mail] ( เอพี tschiptschin )
0257-8972 / $ - ดูเรื่องหน้า© 2007 สามารถนำเสนอสงวนสิทธิ์ทั้งหมด 10.1016/j.surfcoat.2007.07.073
ดอย :