Nghiên cứu ảnh hưởng của công suất phún xạ đến tính chất của màng TiN chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron

Trong nghiên cứu này, các mẫu màng TiN sẽ được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron. Trong đó, ảnh hưởng của công suất phún xạ tới tổ chức và tính chất của màng được nghiên cứu gồm: cấu trúc pha, hình thái học bề mặt - mặt cắt ngang, độ cứng và hệ số ma sát.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của công suất phún xạ đến tính chất của màng TiN chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron Journal of Science and Technology of 2 Công trình nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của công suất phún xạ đến tính chất của màng TiN chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron 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. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ gồm: thép không gỉ, hợp kim Co-Cr, titan (Ti) và Vật liệu cấy ghép trong lĩnh vực chấn thương các hợp kim của chúng [1-3]. Tuy nhiên, các và chỉnh hình được sử dụng để thay thế những chi nghiên cứu gần đây cũng cho thấy các kim loại tiết của cơ thể bị hỏng hoặc mất, điều này đã làm như Ni, Co và Cr có thể gây hại cho cơ thể người tăng chất lượng cuộc sống cũng như kéo dài tuổi [4]. Vì vậy, xu hướng nghiên cứu chế tạo các hợp thọ của bệnh nhân. Các kim loại và hợp kim kim là giảm sử dụng các nguyên tố trên và tìm ra thường được sử dụng làm vật liệu cấy ghép bao vật liệu thay thế mới có tính tương thích sinh học _____________________________ Số 105 . tháng 12/2022 . TAP CHI KHOA HOC-CONG NGHE KIM LOAI DOI: 10.52923/vmfs.jstm.122022.105.01 Journal of Science and Technology of Công trình nghiên cứu 3 cao. Ti và hợp kim Ti cho thấy ưu điểm rõ rệt so mòn và có tiềm năng ứng dụng trong y sinh. Ngoài với thép không gỉ 316L và các hợp kim của Co-Cr, ra, Magdalena và cộng sự [15] đã tiến hành Ni về khả năng tương thích sinh học, tính chống nghiên cứu đặc tính ma sát mài mòn trong chế tạo ăn mòn và tính chất cơ học vượt trội [5-6]. Do đó, màng TiN trên nền thép không gỉ 316LVM và hợp chúng đang là vật liệu được sử dụng phổ biến kim Ti6Al4V. Sau khi phủ màng TiN trên 02 loại nhất trong lĩnh vực y sinh. nền khác nhau đều cho hệ số ma sát thấp hơn với Trong các hợp kim của Ti, Ti6Al4V là hợp kim giá trị là 0,46 trên nền Ti6Al4V và 0,62 trên nền tiêu chuẩn đầu tiên được ứng dụng làm vật liệu y 316LVM. sinh và đang sử dụng rộng rãi hiện nay. Tuy nhiên, Trong nghiên cứu này, các mẫu màng TiN sẽ việc giải phóng ra các ion Al và V hoặc chất đào được chế tạo bằng phương pháp phún xạ mag- thải trong quá trình mài mòn không những giảm netron. Trong đó, ảnh hưởng của công suất phún tuổi thọ của vật liệu mà còn gây ra những triệu xạ tới tổ chức và tính chất của màng được nghiên chứng viêm nhiễm và sự đổi màu các mô xung cứu gồm: cấu trúc pha, hình thái học bề mặt - mặt quanh của bệnh nhân [7]. Để giải quyết vấn đề cắt ngang, độ cứng và hệ số ma sát. Kết quả thu này, việc tìm ra màng phủ trên nền hợp kim được cho thấy, mẫu được phủ màng TiN phún xạ Ti6Al4V đáp ứng các yêu cầu ...