WI膭ZAI
WI膭Z膭I
KOWAL
mieszane wykazuj膮 z艂o偶on膮 kombinacj臋 wzajemnych oddzia艂ywa艅 w uk艂adach metal-metal oraz metal-niemetal, nieme-tal-niemetal. Specyficzne w艂asno艣ci twardych materia艂贸w pow艂okowych zdeterminowane s膮 rodzajem wi膮zania atomowego dominuj膮cego w poszczeg贸lnych materia艂ach, co schematycznie przedstawiono w postaci tr贸jk膮ta wi膮za艅 na rysunku 4.130. W艂asno艣ci fizykochemiczne twardych materia艂贸w pow艂okowych w zale偶no艣ci od rodzaju wyst臋puj膮cych wi膮za艅 atomowych przedstawiono w tablicy 4.23. 呕adna z wymienionych grup materia艂贸w zatem nie zapewnia w pe艂ni wymaganych w艂asno艣ci wystarczaj膮cych do uzyskania pow艂oki o dobrych uniwersalnych w艂asno艣ciach. Najbardziej zbli偶one do nich w艂asno艣ci wykazuj膮 materia艂y o wi膮zaniu metalicznym, co przyczynia si臋 do najszerszego ich wykorzystania.
Rysunek 4.130
Schemat wp艂ywu typu wi膮zania na w艂asno艣ci twardych materia艂贸w pow艂okowych (wed艂ug H. Hollecka)
Tablica 4.23
W艂asno艣ci fizykochemiczne twardych materia艂贸w pow艂okowych (wed艂ug C. Subramaniana i K.N. Strafforda)
Poziom . .
warto艣ci
Twardo艣膰 Kruclio艣膰 鈥nrrTK topnienia
Wysoki K J M J
Niski
J
Materia艂y 芦 wapnia: M - mcnlicznyn,. K - knwnlcncyinym. J -
Wsp贸艂czynnik Adhezja l-rzyda.nosc ,ln
01 u.....c pera ira g^bilno艣膰 rozszerzalno艣ci do pod艂o偶u Reaktywno艣膰 uk艂ad贸w wielo-
cieplnej
metalicznego
M M
warstwowych M
KLASYFIKACJA POW艁OK PVD
Pow艂oki otrzymywane w procesie PVD mo偶na podzieli膰 na dwie podstawowe grupy:
*4 proste, zwane pow艂okami jednowarstwowymi lub monowarstwowymi, sk艂adaj膮ce si臋 z jednego materia艂u (metalu, np. Al, Cr, Cu, lub fazy, np. TiN, TiC),
* z艂o偶one, sk艂adaj膮ce si臋 z wi臋cej ni偶 jednego materia艂u, przy czym materia艂y te zajmuj膮 r贸偶ne pozycje w tworzonej pow艂oce.
Do pow艂ok z艂o偶onych nanoszonych metod膮 PVD zalicza si臋 pow艂oki:
rn芦HO>n> nrmniiirwwiiU艂niiPf>iiM禄fiTnrTtii艂>Tr艂rinimrtir艂riiipnin'iiTrVii-,iVinii-i-->i- ''Timntrm鈥-riTiir;i'-iri艂'i'-i 鈥⑩⑩枲ir鈥-鈥 鈻 鈻 禄:
wielosk艂adnikowe, w kt贸rych podsie膰 jednego pierwiastka wype艂niona jest cz臋艣ciowo innym pierwiastkiem; w艣r贸d licznej grupy potr贸jnych zwi膮zk贸w w臋gla i azotu z metalami przej艣ciowymi najlepiej zbadane s膮 roztwory azotk贸w TiN, VN, ZrN, TaN, CrN, HfN z w臋glikami tych pierwiastk贸w. W臋gliki i azotki tworz膮 ze sob膮 ci膮g艂e roztwory sta艂e (tr贸jsk艂adnikowe lub czterosk艂adnikowe) charakteryzuj膮ce si臋 lepszymi w艂asno艣ciami, zw艂aszcza trybologicznymi, ni偶 pow艂oki proste; w艂asno艣ciami tymi mo偶na ponadto sterowa膰 wykorzystuj膮c szeroki zakres wzajemnej rozpuszczalno艣ci, charakterystyczny dla tych roztwor贸w;
* wielowarstwowe zwane tak偶e multiwarstwami, wytwarzane w wyniku nanoszenia na siebie kolejno warstw r贸偶nych materia艂贸w, najcz臋艣ciej pow艂ok prostych o r贸偶nych w艂asno艣ciach; poszczeg贸lne warstwy tworz膮ce pow艂ok臋 wielowarstwow膮 powinny zapewnia膰 odpowiednio do swego umiejscowienia po偶膮dane w艂asno艣ci, a tworz膮c strefy przej艣ciowe mi臋dzy sob膮 gwarantowa膰 p艂ynne przej艣cie mi臋dzy cz臋sto odmiennymi w艂asno艣ciami. Warstwa wewn臋trzna najbli偶sza pod艂o偶u pokrywanemu powinna zapewnia膰 odpowiedni膮 przyczepno艣膰 do pod艂o偶a, warstwa lub warstwy po艣rednie powinny charakteryzowa膰 si臋 twardo艣ci膮 i wytrzyma艂o艣ci膮, natomiast warstwa zewn臋trzna zapewnia膰 powinna dobre w艂asno艣ci trybologiczne, antykorozyjne b膮d藕 dekoracyjne;
a wielofazowe, stanowi膮ce mieszanin臋 r贸偶nych faz, charakteryzuj膮ce si臋 du偶膮 odporno艣ci膮 na zu偶ycie 艣cierne;
鈻燼 gradientowe, stanowi膮ce odmian臋 pow艂ok wielowarstwowych r贸偶ni膮ce si臋 sk艂adem chemicznym i w艂asno艣ciami warstw pojedynczych, zmieniaj膮cych si臋 p艂ynnie na ich grubo艣ci;
鈻5 kompozytowe, b臋d膮ce szczeg贸lnym typem pow艂ok wielofazowych, stanowi膮cych r贸wnie偶 mieszanin臋, w kt贸rej jedna faza jest dyspersyjnie rozproszona w innej, wyst臋puj膮cej w spos贸b ci膮g艂y;
* metastabilne, 艂膮cz膮ce w sobie zr贸偶nicowane w艂asno艣ci materia艂贸w metalicznych z kowalencyjnymi, tworzone s膮 w wyniku syntezy faz nier贸wnowagowych (metastabilnych), np. krystalizuj膮cych w uk艂adzie regularnym AIN, SiC (gdy ich odmiany heksagonalne s膮 r贸wnowagowe) umo偶liwiaj膮c tworzenie pow艂ok umocnionych roztworowo, np. typu (Ti,Al)N, (Hf,Al)N, (Ti,Si)C oraz (Ti,Al,Si)N.
Pow艂oki wytwarzane w procesach PVD mo偶na r贸wnie偶 podzieli膰 na pow艂oki:
a pierwszej generacji, reprezentowane przez azotek tytanu TiN,
a drugiej generacji, reprezentowane przez w臋glikoazotek tytanu Ti(C,N), azotek aluminium i tytanu (Ti,Al)N, azotek chromu CrN, oraz niekt贸re pow艂oki dia-mentopodobne DLC (diamond like carbon); og贸lnie pow艂oki II generacji w por贸wnaniu z pow艂okami I generacji charakteryzuj膮 si臋 lepszymi w艂asno艣ciami u偶ytkowymi w r贸偶nych zastosowaniach,
a trzeciej generacji, b臋d膮ce ci膮gle w stadium bada艅 laboratoryjnych i rozwoju, reprezentowane s膮 przez pow艂oki wielosk艂adnikowe i/lub wielowarstwowe, np. (Ti,Zr)N, (Ti,Cr)N, (Ti,Al,V)N, (Ti,Al,Si)N.