Studio sulle proprietà cromatiche dei rivestimenti TiN realizzati con tecnologia di rivestimento ionico ad arco multiplo

Il rivestimento sottile TiN viene depositato sulla superficie dell'acciaio inossidabile 3Cr13 mediante la tecnologia di rivestimento a ioni multi-arco. Gli effetti di particelle grandi, portata di azoto e corrente target sulle proprietà cromatiche dei film sono stati studiati mediante microscopia elettronica a scansione e fotometro a spettro visibile. I risultati mostrano che le particelle grandi sono costituite da strato cristallino superficiale, strato intermedio e strato di goccioline, e una minore quantità di particelle grandi non influisce sulle prestazioni cromatiche del film. Quando si aumenta la portata di azoto, la riflettanza del campione mostra una tendenza al ribasso, il colore coordina il valore rosso / verde a * e il valore giallo / blu b * aumenta, la luminosità L * diminuisce, l'indice di crominanza C * ab aumenta, e l'angolo di tonalità H * ab diminuiva, il colore del film cambiava gradualmente da grigio argento a giallo scuro. Tuttavia, con l'aumento della corrente target, l'angolo di tonalità H * ab è aumentato, l'indice di crominanza C * ab, i valori rosso / verde a * ei valori giallo / blu b * sono tutti diminuiti, il colore del film è gradualmente cambiato da giallo intenso al bianco argento. Il cambiamento della corrente target modifica il rapporto atomico del titanio e può compensare il cambiamento del flusso di azoto.

L'acciaio inossidabile ha un'eccellente resistenza alla corrosione, resistenza all'usura e altre caratteristiche, ora è stato ampiamente utilizzato nella vita quotidiana, nell'industria automobilistica, nella costruzione e in altre aree, con l'espansione delle sue aree di domanda, l'acciaio inossidabile colorato esce silenziosamente. L'acciaio inossidabile colorato non solo aumenta le proprietà decorative e artistiche, ma migliora anche la resistenza alla corrosione e la resistenza all'usura dell'acciaio. Oggi l'applicazione dell'acciaio inossidabile a colori sta diventando sempre più ampia e i requisiti stanno diventando sempre più alti. La tecnologia di trattamento superficiale dell'acciaio inossidabile influisce direttamente sull'applicazione e sullo sviluppo dell'acciaio inossidabile a colori e ha anche un grande valore pratico e un significato pratico per lo studio della colorazione superficiale dell'acciaio inossidabile.

Il film TiN presenta i vantaggi di elevata durezza, buona inerzia chimica, colore unico, ecc. È ampiamente utilizzato nei rivestimenti superficiali resistenti all'usura e alla corrosione, nelle barriere di diffusione dei semiconduttori e nelle industrie di decorazione. L'uso della tecnologia di placcatura ionica multi-arco per realizzare film decorativi a base di nitruro di titanio e oro sulla superficie metallica presenta i vantaggi dell'elevata efficienza produttiva, del basso costo di processo, delle prestazioni stabili della pellicola, ecc. Questo metodo è già entrato nella fase di produzione pratica. Lo scopo di questo articolo è quello di studiare sistematicamente l'influenza di particelle grandi, flusso di azoto e corrente target sul colore dei film TiN e le regole di cambiamento, per fornire la base per la realizzazione di film decorativo d'oro imitazione nitruro di titanio - tecnologia di rivestimento ionico e ottimizzazione del colore del film.

1. Il contenuto sperimentale

1. 1. Attrezzature e materiali sperimentali

In questo esperimento, per il rivestimento è stata utilizzata la macchina di rivestimento a più archi di tipo A-Arc-01. L'obiettivo di sputtering era un bersaglio in titanio con una purezza del 99,9%. Il gas di lavoro era gas argon (Ar) con una purezza del 99. 99%. Il gas di reazione era azoto (N2) con una purezza del 99,99%, il substrato è acciaio inossidabile 3Cr13 con dimensioni di 40 mm × 20 mm × 2 mm.

1. 2. Metodo sperimentale

Dopo la levigatura e la lucidatura, il substrato è stato lavato con ultrasuoni con acetone ed etanolo assoluto per 15 minuti in sequenza, e quindi collocato in una macchina di rivestimento dopo l'essiccazione. Quindi pompare il vuoto al grado di almeno 6.0 × 10-3 Pa e riscaldare fino alla temperatura di deposizione. Il gas argon è stato aerato a pressione di lavoro, quindi avviare l'arco bersaglio per primo di rivestire uno strato inferiore di titanio puro in 5 minuti (il processo è mostrato nella Tabella 1) e quindi aerare l'azoto per depositare un film TiN.

Tabella 1 Processo di placcatura in titanio puro

La superficie del campione è stata rivestita con diversi parametri di processo (flusso di azoto e corrente target), e quindi utilizzando il microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo LEO-1530VP (FE-SEM) per osservare la morfologia del film.

Le proprietà cromatiche dei film TiN sono state misurate con uno spettrofotometro UV / Vis Perkin Elmer Lambda 950. Riferito a tre tipi di illuminanti raccomandati dalla Commissione internazionale per l'illuminazione (CIE): illuminanti standard A, C e D65. La riflettanza spettrale ρ (λ) del film viene misurata dallo spettrofotometro, e quindi utilizzato il proprio sistema di analisi dei dati per calcolare i tre parametri ortogonali delle coordinate di colore LAB sotto i tre illuminanti standard: L *, a *, b *, in lo standard nazionale CIE 1976 (L *, a *, b *) sistema di colore, L * indica la luminosità del colore (L * = 0 genera nero e L * = 100 indica bianco), a * indica la direzione rosso-verde ( + a * indica la direzione rossa, -a * indica la direzione verde), e b * indica la direzione del colore giallo-blu (+ b * indica la direzione gialla, - b * indica la direzione blu). Le coordinate di colore h * ab e l'indice di crominanza C * ab sono calcolate dalle coordinate di colore. L'angolo di tonalità H * ab rappresenta la lunghezza d'onda dominante e l'indice di crominanza C * ab rappresenta la purezza del colore:

H ^* _ab = arctan (b ^* / a ^* ) (1)

C ^* _ab = (a ^{* 2} + b ^{* 2} ) 1/2 (2)

2. Conclusione

(1) La maggior parte delle particelle grandi è costituita da strato di goccioline, strato intermedio e strato cristallino. Lo strato cristallino è esposto sulla superficie. Quando il numero di particelle grandi è piccolo, l'influenza sul colore del film è piccola. Se il numero di particelle grandi è troppo grande, le particelle grandi che coprono il film, la riflettanza e la luminosità del film diminuiranno.

(2) Pellicole di nitruro di titanio che possono variare dall'argento al giallo scuro in condizioni di flusso di azoto diverse. All'aumentare della portata di azoto, la curva di riflettività del film diminuisce, mostrando diminuzione della luminosità L * e dell'angolo di tonalità H * ab, e aumento del valore rosso / verde a *, un valore giallo / blu b * e un indice di saturazione C * ab nello spazio cromatico LAB.

(3) All'aumentare della corrente target, si possono produrre film di nitruro di titanio che vanno dal giallo intenso al bianco argento, mostrando un aumento dell'angolo di tonalità H * ab e dell'indice cromatico C * ab e una diminuzione del valore rosso / verde a * e il valore giallo / blu b * nello spazio colore LAB. Poiché il cambiamento della corrente target può modificare il rapporto atomico del titanio e dell'azoto nel film, per compensare il cambiamento della velocità di flusso dell'azoto. Pertanto, il grado di L * aumenta gradualmente nella parte anteriore all'aumentare della corrente target e la diminuzione del valore L * nella parte posteriore dovrebbe essere causata dalla generazione di un gran numero di particelle grandi e altri difetti nel film strato come la corrente aumenta ulteriormente.