In termini di principi PVD, il tungsteno (W) può essere depositato utilizzando vari metodi, come lo sputtering con magnetron, la placcatura ionica multi-arco, HiPIMS o la deposizione assistita da-fascio ionico-. La vera domanda è: qual è l'applicazione prevista per il tungsteno? Stai cercando di creare uno strato di tungsteno puro, carburo di tungsteno (WC), un drogante minore all'interno di un rivestimento W-DLC o uno strato di transizione ad alto-carico-portante?
Il metodo più adatto varia a seconda dell’obiettivo.
Il più grande vantaggio dello sputtering del magnetron per W è il "facile controllo"
Il target W è un target conduttivo e può essere utilizzato per lo sputtering del magnetron. Gli ioni Ar bombardano il bersaglio W, eliminano gli atomi W e poi li depositano sulla superficie del pezzo in lavorazione.
I vantaggi dell'utilizzo dello sputtering magnetron per depositare il tungsteno (W) sono chiari: meno particolato, una superficie della pellicola liscia e una composizione facilmente controllabile. Questo metodo è particolarmente adatto-per i rivestimenti W-DLC, dove è richiesto un controllo preciso sul contenuto di tungsteno.
Nel DLC W-, il tungsteno generalmente non è il componente funzionale principale. La rete del carbonio è ciò che effettivamente fornisce proprietà di basso-attrito; il tungsteno serve a regolare lo stress interno, a migliorare la-capacità di carico e a migliorare la stabilità delle pellicole più spesse. Tuttavia, l'aggiunta di una quantità eccessiva di tungsteno interrompe la-rete di carbonio a basso attrito caratteristica del DLC.
Pertanto, W-DLC teme soprattutto che i contenuti W sfuggano al controllo.
Qui sta il vantaggio dello sputtering del magnetron. È possibile portare lentamente il contenuto di W nella finestra target regolando la potenza target di W, la portata della fonte di carbonio, la tensione di polarizzazione e la pressione dell'aria. Ad esempio, se si confrontano W bassi, medi e alti, è possibile vedere chiaramente le tendenze in termini di attrito, durezza e stress.
Pertanto, lo sputtering del magnetron è un percorso molto comune e stabile per il drogaggio W fine, lo strato di transizione W-C e lo strato principale W-DLC.
La placcatura ionica multi-arco può essere utilizzata per il tungsteno (W), ma presenta sfide maggiori.
Non è impossibile elaborare il tungsteno utilizzando la placcatura ionica multi-arco.
I punti dell'arco nei processi ad arco catodico possiedono un'energia estremamente elevata; in teoria, possono vaporizzare un'ampia gamma di metalli ad alto-punto di fusione-, compresi i metalli refrattari come W, Mo e Ta. Il fatto che il tungsteno abbia un punto di fusione elevato non significa che non possa essere vaporizzato dal punto dell'arco.
Tuttavia, solo perché è possibile non significa che sia facile da raggiungere.
Il tungsteno (W) è un materiale caratterizzato da un elevato punto di fusione ed elevata durezza; di conseguenza, processi come la lavorazione del target, il bloccaggio, il raffreddamento e il mantenimento della stabilità dell'innesco dell'arco sono più impegnativi rispetto ai target standard in titanio (Ti) o cromo (Cr).
Quando si utilizza la deposizione multi-arco per il tungsteno, è necessario prestare particolare attenzione al movimento del punto dell'arco, all'ablazione della superficie target, al surriscaldamento localizzato, alla formazione di particelle e alla ruvidità della superficie della pellicola.
Le caratteristiche del multi-arco sono l'elevato tasso di ionizzazione dei metalli, una forte energia di deposizione e una buona forza di legame, ma è anche facile portare goccioline e particelle di grandi dimensioni.
Per i target degli archi convenzionali come Ti e Cr, le particelle rappresentano già un problema comune in più archi. Se viene sostituito da un materiale ad alto punto di fusione come W, lo stato del punto dell'arco e l'ablazione della superficie target non sono ben controllati e anche i difetti superficiali della pellicola possono essere evidenti.
Pertanto, sebbene la tecnologia multi-arco possa essere utilizzata per depositare il tungsteno (W), è più adatta per applicazioni che richiedono un intenso bombardamento di ioni metallici, elevata adesione e il rinforzo di strati di transizione o portanti-; non è necessariamente ideale per produrre gli strati superficiali W-DLC altamente raffinati che richiedono bassi livelli di particolato e un controllo preciso sul contenuto di tungsteno.
Perché sempre più persone preferiscono lo sputtering del magnetron durante la produzione di W-DLC?
Perché la chiave del W-DLC non sta semplicemente nell'"incorporare il tungsteno", ma nel determinare quanto aggiungerne, dove distribuirlo e se l'aggiunta interrompe la rete del carbonio.
Utilizzando un magnetron-bersaglio di tungsteno polverizzato (W) insieme a una fonte di carbonio-come un bersaglio di grafite, acetilene, metano o altro plasma di carbonio-è relativamente facile mantenere un basso contenuto di tungsteno, consentendogli di disperdersi all'interno della matrice DLC come strutture fini di W-C o nano-carburi.
In questo modo, il tungsteno serve a migliorare la capacità di carico-e a ridurre lo stress, mentre la rete di carbonio rimane continua, garantendo che le proprietà di basso-attrito siano preservate.
Quando si utilizza una sorgente di tungsteno (W) in un processo ad arco multi-, il flusso di ioni metallici di tungsteno può essere piuttosto intenso, rendendo facile che il contenuto di tungsteno locale diventi eccessivamente elevato.
Livelli elevati di tungsteno tendono a favorire la formazione di quantità significative di fasi WC o W₂C, bloccando efficacemente il carbonio nelle strutture di carburo. Di conseguenza, il rivestimento risultante potrebbe trasformarsi in un rivestimento duro composito di tungsteno-contenente carburo anziché in un rivestimento DLC a basso-attrito.
In altre parole, mentre è certamente possibile utilizzare una sorgente di tungsteno nella deposizione multi-arco, la finestra per il controllo del contenuto di tungsteno è più ristretta e più difficile da gestire; inoltre, occorre prestare molta attenzione al particolato superficiale e alla continuità della rete carbonica.
Dove è più adatto il posizionamento della W multi-arco?
Se si tratta di W-DLC, preferisco intendere multi-arc W come uno strumento per "livello di miglioramento" o "livello di transizione", piuttosto che utilizzarlo direttamente per creare un intero livello di DLC ad alto contenuto W-.
Ad esempio, vicino al substrato, è possibile utilizzare uno strato di transizione W o WC per migliorare la portata-e l'incollaggio; al centro è possibile realizzare un gradiente W-C per consentire una transizione graduale dal metallo al carbonio; la maggior parte della superficie mantiene ancora il DLC-ricco di carbonio per garantire basso attrito e anti-adesione.
Questo design è più razionale rispetto all'utilizzo di uno strato monolitico di tungsteno (W).
Se l'obiettivo non è un DLC a basso-attrito ma piuttosto uno strato di W, WC o W-C ad alta-durezza e resistente all'usura-, anche l'approccio multi-arco è utile. Questo perché la deposizione multi-arco genera ioni metallici ad alta-energia, risultando in rivestimenti densi con forte adesione-ideali per creare strati robusti e resistenti all'usura-.
Tuttavia, se il cliente richiede una superficie eccezionalmente liscia, particelle minime e un basso coefficiente di attrito, è necessario prestare attenzione quando si fa affidamento esclusivamente sulla deposizione multi-arco per il tungsteno.
Se produci rivestimenti W-DLC-in particolare dove l'attenzione è rivolta a basso attrito, proprietà anti-adesive, componenti scorrevoli o superfici lisce dello stampo-dai priorità all'utilizzo dello sputtering con magnetron o HiPIMS per depositare il componente di tungsteno (W), combinato con una fonte di carbonio per la deposizione. Questo approccio consente un migliore controllo sul contenuto di tungsteno, si traduce in una superficie di rivestimento più fine e facilita la conservazione della struttura della rete di carbonio.
Se devi produrre uno strato di transizione W-C che sia più spesso, offra una capacità di carico-più elevata e richieda una forte adesione, potresti prendere in considerazione l'utilizzo di una sorgente W multi-arco o una sorgente ibrida che combina multi-arco e sputtering con magnetron.
Se intendi produrre strati resistenti all'usura-puri di tipo W o WC, anche il metodo multi-arco è un'opzione, anche se devi essere preparato ad affrontare sfide quali particolato, stress interno, ablazione della superficie target e rugosità superficiale.
La conclusione è quindi semplice:
I rivestimenti di tungsteno (W) possono essere prodotti non solo tramite magnetron sputtering ma anche tramite placcatura ionica multi-arco.
Tuttavia, lo sputtering con magnetron è più adatto per controllare con precisione il contenuto di tungsteno e ottenere una superficie con un numero minimo di particolati, mentre la placcatura multi-arco è superiore per creare strati di transizione W o W-C caratterizzati da elevata ionizzazione, forte adesione ed elevata capacità di carico-. L'approccio ottimale spesso prevede una strategia ibrida anziché scegliere un metodo rispetto all'altro: utilizzare uno strato di tungsteno alla base per migliorare la capacità di carico-portando mantenendo uno strato di carbonio DLC a basso-attrito sulla superficie.
