Выбор технологий нанесения пленок металлов методами физического осаждения

Введение. Получение качественных тонких пленок металлов важно для развития технологий нанесения антифрикционных и износостойких покрытий на режущие инструменты или детали пар трения. Используют различные способы физического осаждения пленок с применением технологий катодного (ионного), магнетронного и ионно-лучевого распыления с ассистированием. Цель работы - анализ, сопоставление и определение целесообразности методов физического осаждения тонких пленок металлов при нанесении антифрикционных и износостойких покрытий на режущие инструменты или детали пар трения.Материалы и методы. Рассмотрены технологии катодного (ионного), магнетронного и ионно-лучевого распыления. Представлены принципиальные схемы, условия и параметры рассматриваемых процессов. Результаты исследования. Перспективная технология нанесения тонких пленок, легирования и упрочнения поверхностей металлических деталей - магнетронное распыление. Магнетроны непрерывного действия применяют для нанесения покрытий сложного состава или многослойных покрытий на плоские подложки. Ионнолучевое распыление рассматривают как медленное распыление поверхности мишени под действием бомбардировки потоком ионов с высокой энергией и осаждение на поверхности подложки. При ионной имплантации происходит легирование поверхности металлов атомами отдачи, которые получают высокую энергию от ускоренных ионов и перемещаются вглубь на несколько нанометров. Это позволяет получать сверхтонкие легированные слои. Низкая температура ионной имплантации, возможность достаточно точного контроля глубины и профиля распределения примеси создают предпосылки автоматизации технологического процесса. Следы изнашивания сильнее окислены при одних и тех же условиях изнашивания на имплантированной стали по сравнению со сталью без имплантации. Неравновесный процесс при ионной имплантации вызывает образование таких сплавов в поверхностных слоях, которые невозможно получить в обычных условиях из-за диффузии компонентов или ограниченной растворимости. Ионная имплантация позволяет получить в поверхностном слое сплавы определенного состава. Свойства поверхности можно оптимизировать без связи с объемными свойствами материала. Обсуждение и заключение. У катодного (ионного), магнетронного и ионно-лучевого распыления есть общие достоинства: благодаря относительно низкой температуре подложка не перегревается; возможно получение равномерных покрытий; точно воспроизводится химический состав осаждаемых покрытий. Остальные достоинства и недостатки рассматриваемых методов индивидуальны. Результаты могут быть использованы для создания тонких пленок путем чередования процессов магнетронного, а затем ионно-лучевого напыления, что позволяет получать пленки, равномерно модифицированные по глубине. Это важно при производстве деталей пар трения и режущего инструмента для повышения их качества.