Effect of sputtering power on the properties of TiN coatings deposited by the magnetron sputtering
LƯƠNG VĂN ĐƯƠNG*,1, NGUYỄN QUỐC THỊNH1,2, NGUYỄN NGỌC LINH1, ĐOÀN ĐÌNH PHƯƠNG1, ĐẶNG QUỐC KHÁNH2, HUỲNH XUÂN KHOA3, NGUYỄN MINH TUẤN4
1Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Số 18. Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
2Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
3Khoa Công nghệ Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, 12 Nguyễn Văn Bảo, Gò Vấp, Tp. Hồ Chí Minh
4Viện Công nghệ, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Bắc Từ Liêm, Hà Nội
Email: duong@ims.vast.ac.vn
Ngày nhận bài: 24/10/2022, Ngày duyệt đăng: 15/12/2022
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, màng TiN được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trên nền đế hợp kim Ti6Al4V và đế Si. Ảnh hưởng của công suất phún xạ (150-300 W) đến cấu trúc và tính chất cơ học của màng TiN được nghiên cứu. Kết quả nhiễu xạ Rơnghen cho thấy mẫu màng TiN có cấu trúc đơn pha, mạng lập phương tâm mặt. Quan sát trên ảnh hiển vi điện tử quét cho thấy, hạt của màng TiN có sự thay đổi từ dạng lá cây hoặc vảy sang dạng tứ diện nhiều mặt, giống như kim tự tháp. Khi công suất phún xạ tăng, kích thước hạt và tốc độ tạo
màng tăng vì năng lượng bắn phá của các ion khí lên bề mặt bia lớn. Ngoài ra, kết quả đo độ cứng chỉ ra mẫu màng TiN có độ cứng cao nhất (22,8 GPa ± 1,2 GPa) được chế tạo tại công suất phún xạ 250 W và hệ số ma sát tăng từ 0,46 đến 0,61 khi công suất phún xạ tăng từ 150 lên 300 W.
Từ khóa: Màng TiN, Ti6Al4V, phún xạ magnetron dòng một chiều, công suất phún xạ.
ABSTRACT
In this work, the TiN coatings on Ti6Al4V and Si substrates were deposited by magnetron sputtering. The effect of sputtering powers on structure and mechanical properties of the TiN coatings was investigated. X-ray diffraction
patterns displayed a single phase of face centered cubic structure. Scanning electron microscope observations found that the particle morphology of the TiN coatings changed from a leaf or flat-shaped structure to a tetrahedron faceted one, similar to a pyramid. The particle size and deposition rate increased with increasing sputtering power due to higher energy bombardment of ion gas to surface target. Furthermore, the highest hardness value (22,8 GPa ± 1,2 GPa) corresponds to the TiN coating deposited at 250 W power. Finally, the friction coefficient increased from 0,46 to 0,61 with increasing sputtering power from 150 to 300 W.
Key words: TiN coating, Ti6Al4V, DC magnetron sputtering, Sputtering power.
