Nghiên cứu tạo lớp phủ cứng đa lớp tin TinCN trên dụng cụ cắt bằng phương pháp hồ quang chân không

Đến nay, phương pháp lắng đọng vật lý từ pha hơi Physical vapor deposition -PVD chế tạo các lớp phủ cứng đã ra đời hơn 20 năm và ngày càng được ứng dụng rộng rãi để tạo lớp phủ bảo vệ

-

Nguyễn Thành Hợp

NGHIÊN CỨU TẠO LỚP PHỦ CỨNG ĐA LỚP TiN-TiCN TRÊN DỤNG

CỤ CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG CHÂN KHÔNG

Hà Nội – Năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Thành Hợp, học viên lớp cao học khoá 2009B, chuyên ngành

Vật lý kỹ thuật Tôi xin cam đoan bài luận văn "Nghiên cứu tạo lớp phủ cứng đa lớp TiN – TiCN trên dụng cụ cắt bằng phương pháp hồ quang chân không." là do

tôi nghiên cứu, tìm hiểu dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Hồng Tuấn, GS.TS Võ Thạch Sơn, không phải sự sao chép của người khác Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

 

Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2011

Nguyễn Thành Hợp Lớp Cao học ngành Vật lý kỹ thuật,

khóa 2009B

phí thực hiện và hỗ trợ chuyên môn cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt

nghiệp tại Trung tâm Quang Điện tử-Viện Ứng dụng Công nghệ

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè cùng các thầy cô Viện Vật lý kỹ thuật, Viện Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá

trình học tập và thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2011

Nguyễn Thành Hợp Lớp Cao học ngành Vật lý kỹ thuật,

khóa 2009B

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN 10

1.1.Phương pháp tạo lớp phủ cứng 10

1.1.1 Phương pháp CVD 10

1.1.2 Phương pháp PVD 11

1.2 Ứng dụng của các lớp phủ cứng trong công nghiệp 13

1.3.Một số phương pháp khảo sát và đánh giá cấu trúc màng cứng TiN/TiCN 17

1.3.1.Phương pháp XRD 17

1.3.2.Phương pháp EDAX 19

1.3.2.Phương pháp đo độ cứng 20

1.3.4.Phương pháp đo chiều dày màng 22

CHƯƠNG 2 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ HỆ THỰC NGHIỆM .24

2.1 Phương pháp hồ quang chân không (Vacuum Arc) 24

2.1.1.Nguyên lý hoạt động 24

2.1.2.Hiệu ứng “hạt macro” 26

2.1.3.Các đặc tính và ưu điểm của phương pháp hồ quang chân không 27

2.2.Xây dựng thiết bị thử nghiệm 29

2.2.1.Sơ đồ nguyên lý 29

2.2.2.Thiết bị bốc bay hồ quang xây dựng 30

2.2.3.Quy trình vận hành thiết bị TINA900 35

CHƯƠNG 3 - NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC MÀNG TiN,TiCN 36

3.1.Nghiên cứu chế tạo màng TiN 36

3.2.Nghiên cứu chế tạo màng TiCN 41

CHƯƠNG 4 - NGHIÊN CỨU PHỦ MÀNG TiN-TiCN TRÊN MŨI KHOAN 47

4.1.Tổng quan về mũi khoan và tác dụng của lớp phủ cứng 47

4.2.Nghiên cứu xử lý bề mặt đế trước khi mạ 48

4.2.1.Chuẩn bị bề mặt 48

4.2.2.Xử lý hóa học 49

4.2.3.Xử lý plasma 51

4.3.Thiết kế màng đa lớp TiCN/TiN phủ lên mũi khoan 51

4.4.Nghiên cứu quy trình mạ lớp phủ cứng đa lớp TiCN/TiN lên mũi khoan 53

4.5.Đánh giá chất lượng 57

CHƯƠNG 5 - THỬ NGHIỆM TUỔI BỀN MŨI KHOAN TRƯỚC VÀ SAU KHI MẠ 59

5.1.Phương pháp thử nghiệm 59

5.2.Thiết bị và các thông số thử nghiệm 61

5.3.Kết quả thử nghiệm 62

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Bảng 1 Độ cứng của một số loại vật liệu 11

Bảng 2 Phạm vi ứng dụng của các lớp phủ cứng 15

Bảng 3 Một số đặc tính điển hình của phương pháp hồ quang chân không 28

Bảng 4 Sự thay đổi độ cứng của màng theo thế thiên áp 40

Bảng 5 Thành phần nguyên tố trong vật liệu khoan thử nghiệm 61

Ký hiệu Viết tắt cho cụm từ Nghĩa tiếng Việt

PVD Physical Vapor Deposition Phương pháp lắng đọng vật lý

từ pha hơi CVD Chemical Vapor Deposition Phương pháp lắng đọng hóa

học từ pha hơi

XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X

SEM Scanning electron microscope Hiển vi điện tử quét

TiN Titan Nitride

TiCN Titanium Carbo Nitride

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1 1 Dụng cụ cắt mạ các lớp phủ cứng TiN, TiCN 16

Hình 1 2 Khuôn ép nhựa phủ TiN 17

Hình 1 3 Hình học nhiễu xạ kế tia X (XRD) 18

Hình 1 4 Nguyên lý phép phân tích EDAX 19

Hình 1 5 Sơ đồ một hệ phân tích EDAX 20

Hình 1 6 Máy đo chiều dày màng mỏng Anpha – Step IQ 22

Hình 1 7 Chiều dày mẫu màng TiN khảo sát 23

Hình 2 1 Bản vẽ cấu tạo đầu hồ quang 24

Hình 2 2 Điểm cathode di chuyển trên bề mặt bia 25

Hình 2 3 Hạt marco xuất hiện trên bề mặt màng 27

Hình 2 4 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp bốc bay hồ quang chân không 29

Hình 2 5 Thiết bị mạ bốc bay hồ quang chân không tại Trung tâm Quang Điện tử 30

Hình 2 6 Đầu bốc bay hồ quang lắp đặt trong buồng chân không 30

Hình 2 7 Đầu hồ quang chân không 31

Hình 2 8 Nguồn hồ quang chân không 32

Hình 2 9 Thiết bị điều khiển lưu lượng khí CH 4 , N 2 , Ar 33

Hình 2 10 Các bình khí công tác CH 4 , N 2 , Ar 34

Hình 2 11 Bảng điều khiển thiết bị chân không TINA900 35

Hình 3 1 Điểm cathode di chuyển trên bề mặt bia Titan 37

Hình 3 2 Phổ XRD của màng TiN chế tạo tại F N2 =50sccm 37

Hình 3 3 Phổ EDAX của màng TiN chế tạo tại F N2 =50sccm 38

Hình 3 4 Chiều dày màng TiN đo trên thiết bị Alpha – step IQ (Thời gian lắng đọng: 10 phút) 39

Hình 3 5 Thiết bị đo độ cứng Vickers Mikrohärte-Prüfeinrichtung mhp 100 40

Hình 3 6 Mẫu màng TiN chế tạo 41

Hình 3 7 Các mô hình cấu trúc của TiCN 42

Hình 3 8 Ảnh hưởng của hệ số xC đến tính chất của màng TiC x N 1-x [11] 42

Hình 3 9 Biểu đồ thể hiện sự mài mòn ở biên theo tỷ lệ C/N trong hỗn hợp rắn TiCN [12] 43

Hình 3 10 Phổ XRD của màng TiCN với các tỷ lệ khí CH 4 /N 2 44

Hình 3 11 Ảnh SEM chụp hình thái bề mặt màng TiCN 44

Hình 3 12 Mối liên hệ giữa độ cứng của màng và thiên áp đế 45

Hình 3 13 Mẫu màng TiN-TiCN chế tạo 46

Hình 4 1 Cấu tạo của mũi khoan xoắn 48

Hình 4 2 Xử lý ba via trên mũi khoan 49

Hình 4 3 Quá trình lan truyền của vết nứt một lớp và nhiều lớp 52

Hình 4 4 Mô hình phủ màng đa lớp TiCN/TiN lên mũi khoan 53

Hình 4 5 Hình ảnh mũi khoan trước khi phủ TiCN/TiN 54

Hình 4 6 Bề mặt mũi khoan trước khi phủ TiCN/TiN 54

Hình 4 7 Lưu đồ thể hiện các bước phủ màng đa lớp TiCN/TiN lên mũi khoan 55

Hình 4 8 Hình ảnh mũi khoan sau khi phủ TiCN/TiN 57

Hình 4 9 Lớp phủ cứng TiCN/TiN trên bề mặt mũi khoan 58

Hình 4 10 Vết đo độ cứng trên bề mặt mẫu màng TiCN/TiN 58

Hình 5 1 Đồ thị phụ thuộc V b vào thời gian 59

Hình 5 2 Lưu đồ thử nghiệm tuổi bền mũi khoan 60

Hình 5 3 Mài mòn mặt sau và mép cắt của mũi khoan 61

Hình 5 4 Mũi khoan thử nghiệm 62

Hình 5 5 Quá trình khoan thử nghiệm trên thiết bị CNC DMU60T 63

Hình 5 6 Ảnh chụp quá trình mòn mũi khoan có phủ lớp phủ cứng 63

Hình 5 7 Hình ảnh mép cắt mũi khoan phủ TiCN/TiN và mũi khoan không phủ sau khi thử nghiệm 63

Hình 5 8 Đồ thị phụ thuộc của độ mòn mặt sau vào số lỗ gia công của các mũi khoan phủ TiCN/TiN và không phủ 64

LỜI NÓI ĐẦU

Trong lĩnh vực gia công kim loại, nhu cầu tăng năng suất, tăng độ chính xác và nâng cao chất lượng bề mặt gia công luôn đặt ra Nhiều biện pháp đã và đang được thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu này Cuối thập niên 1960, các nhà chế tạo dụng cụ cắt đã giới thiệu dao carbide thiêu kết với một lớp phủ rất mỏng cacbua Lớp cacbua titanium với độ dày rất nhỏ (2-15 micromet) nhưng đã làm thay đổi đáng kể đặc tính của dụng cụ cắt Lớp phủ nâng cao tính chống mòn, giảm lực cắt và nhiệt cắt trên lưỡi cắt và vì thế ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng và động thái rạn nứt của dao Lớp phủ làm tăng lên đáng kể tốc độ cắt lẫn tuổi thọ của dụng cụ cắt Đến nay,

phương pháp lắng đọng vật lý từ pha hơi ( Physical vapor deposition -PVD) chế

tạo các lớp phủ cứng đã ra đời hơn 20 năm và ngày càng được ứng dụng rộng rãi để tạo lớp phủ bảo vệ chống mài mòn cho các dụng cụ của quá trình gia công cơ khí như: dụng cụ cắt gọt, dụng cụ tạo hình, khuôn gia công áp lực, khuôn ép nhựa

Những lợi ích mà các lớp phủ cứng đem lại là:

• Nâng cao năng suất gia công (tuổi thọ của dụng cụ được kéo dài hơn, các bề mặt gia công hoàn thiện hơn do vậy giảm bớt các công đoạn hoàn thiện bề mặt )

• Hạ giá thành sản phẩm

• Cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm

• Giảm tiêu hao vật liệu bôi trơn trong quá trình gia công

Các lớp phủ cứng tiêu biểu nhất như: TiN, TiCN, TiAlN, TiC, Cr, CrN, DLC,…đã

và đang được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển Hiện nay các dụng cụ cắt có

mạ lớp phủ cứng đều phải nhập từ nước ngoài với giá thành rất cao, điều đó làm tăng chi phí sản xuất và tăng giá thành sản phẩm Tại Việt Nam hiện nay có một số

cơ sở sản xuất và chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng tuy nhiên chủ yếu chỉ chế tạo phôi và không có công nghệ mạ lớp phủ cứng lên bề mặt, do vậy tuổi bền của các dụng cụ này chưa cao và khó cạnh tranh với các dụng cụ ngoại nhập

Sau khi được định hướng và giúp đỡ của TS Phạm Hồng Tuấn, GS.TS Võ Thạch

Sơn, tác giả đã chọn đề tài " Nghiên cứu tạo lớp phủ cứng đa lớp TiN – TiCN trên dụng cụ cắt bằng phương pháp hồ quang chân không." Mục tiêu là bước đầu ứng

dụng phương pháp hồ quang chân không mạ các lớp phủ cứng TiN, TiCN trên một

số dụng cụ cắt điển hình

Nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài

- Xây dựng mô hình nghiên cứu và hệ thực nghiệm

- Nghiên cứu chế tạo các lớp phủ TiN, TiCN

- Thử nghiệm phủ màng đa lớp TiCN/TiN lên mũi khoan

- Thử nghiệm đánh giá tuổi bền mũi khoan có phủ TiCN/TiN

- Phân tích, đánh giá kết quả nghiên cứu và bàn luận

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN 1.1.Phương pháp tạo lớp phủ cứng

Trong số các phương pháp tạo các lớp phủ cứng thì các phương pháp CVD và PVD được sử dụng rộng rãi nhất cho các dụng cụ cắt và khuôn mẫu

1.1.1 Phương pháp CVD

CVD (Chemical Vapor Deposition) là phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi Phương pháp này đã được sử dụng đầu tiên để tạo các lớp phủ cứng trên các dụng cụ cắt bằng carbide thiêu kết Quá trình CVD được thực hiện bằng cách đưa các hợp chất hóa học ở pha hơi vào trong buồng phản ứng có chứa các chi tiết cần phủ Trong buồng phản ứng, các phản ứng hóa học xảy ra ngay trên hoặc lân cận bề mặt chi tiết cần phủ và tạo ra lớp vật liệu phủ cứng trên bề mặt chi tiết Phản ứng hóa học trên bề mặt chi tiết được thực hiện bằng cách nâng cao nhiệt độ chi tiết

từ 200-20000C (thông thường là 700-11000C), hoặc kích thích bằng plasma Các thông số cơ bản của quá trình bao gồm nhiệt độ đế, áp suất khí trong buồng phản ứng, mật độ các chất phản ứng, lưu lượng và tỉ lệ các chất phản ứng…sẽ quyết định tính chất của lớp màng phủ được hình thành Các ứng dụng thành công nhất của phương pháp CVD là: các lớp phủ TiC, Ti (C,N), TiN và Al2O3 dùng cho mảnh cắt carbide, dao tiện và dao phay, khuôn tạo hình (khuôn kéo dây, khuôn kéo ống, khuôn dập vuốt sâu) Năm 1968, mảnh cắt bằng carbide có lớp phủ TiC xuất hiện lần đầu tiên trên thị trường Lớp phủ TiC dày 2-3µm đã nâng cao tuổi thọ của dụng

cụ cắt lên trên 100%, tốc độ cắt và tốc độ tiến dao cũng được cải thiện Lớp phủ TiC

có độ cứng rất cao, nhưng lại rất giòn và dễ bị rạn nứt dưới tác động xung lực hoặc thăng giáng nhiệt độ lớn phát sinh trong quá trình cắt không liên tục Để khắc phục nhược điểm này, năm 1973 lớp phủ 3 lớp đã được chế tạo [8] Lớp phủ này bao gồm: lớp lót TiC, lớp đệm Ti(C, N) và ngoài cùng là lớp TiN Năm 1978, lớp phủ

Al2O3 (dày 10µm) đã được sử dụng nhằm nâng cao khả năng gia công với tốc độ cắt cao Kết cấu của lớp phủ dạng này thường là: TiC/Al2O3/TiN hoặc TiC/Ti(C,N)/Al2O3/TiN [8] Ngày nay trên thị trường các hệ lớp phủ có trên 10 lớp vật liệu được sử dụng hết sức rộng rãi

Bảng 1 Độ cứng của một số loại vật liệu

Lớp mạ Cr cứng 900-1200 Carbide thiêu kết 1300-1800

Màng cacbon cấu trúc tương tự kim cương

Kim cương 10000

Nhìn chung, các phương pháp phủ CVD đều yêu cầu nhiệt độ đế cao (trên

7000C) Nhiệt độ cao sẽ đẩy mạnh hiệu ứng khuyếch tán, tăng cường độ bám dính

của lớp phủ với đế, nhưng mặt khác lại gây ra nhiều biến đổi bất lợi đối với vật liệu

đế, đặc biệt là các loại thép dụng cụ Trong bối cảnh này phương pháp PVD đã

được nghiên cứu phát triển nhằm hạ thấp nhiệt độ đế trong quá trình tạo màng đồng

thời vẫn đảm bảo được đặc tính bám dính và các đặc tính cơ lí cần thiết của lớp phủ

1.1.2 Phương pháp PVD

PVD (PVD - Physical Vapor Deposition) là phương pháp công nghệ lắng đọng

màng bằng các quá trình vật lí từ pha hơi Các quá trình này được thực hiện trong

buồng chân không theo các công đoạn sau:

1) Chuyển đổi vật liệu tạo màng từ pha rắn sang pha hơi

2) Vận chuyển hơi vật liệu từ nguồn bay hơi qua môi trường áp suất khí thấp trong buồng chân không đến bề mặt đế

3) Lắng đọng hơi vật liệu cần phủ lên đế tạo thành màng phủ

PVD là tên gọi chung cho một họ gồm rất nhiều phương pháp khác nhau Trong

số đó có 3 phương pháp được ứng dụng phổ biến để tạo các lớp phủ cứng là:

• Phương pháp phún xạ magnetron (magnetron sputtering) và phún xạ cao tẩn (RF- Radio Frenquency)

• Phương pháp mạ ion chùm tia điện tử điện áp thấp(low voltage electron beam ion plating)

• Phương pháp hồ quang chân không (vacuum arc)

Mỗi phương pháp trên có những ưu và nhược điểm riêng Phương pháp phún xạ magnetron cho phép nhận được lớp phủ có thành phần phức tạp lên hầu như bất kể vật liệu đế nào với độ nhám bề mặt của lớp phủ rất nhỏ Phương pháp phún xạ cao tần RF được sử dụng để tạo các lớp phủ vật liệu không dẫn điện Trong lúc đó để tạo các lớp phủ cứng có gốc kim loại lên đế kim loại thì phương pháp phún xạ magnetron một chiều (DC magnetron) lại có ưu thế hơn cả về phương diện kinh tế

và phương pháp công nghệ Đây là phương pháp có mức độ ion hoá thấp, phân bố không gian của plasma phụ thuộc nhiều vào trường từ của đầu magnetron Vì vậy lớp phủ khó đạt các yêu cầu cao về độ bám dính với đế và các đặc tính cơ học Nhược điểm này khiến trong một thời gian dài phương pháp này không được sử dụng để tạo các lớp phủ cho các dụng cụ cắt có đòi hỏi khả năng chịu tải cao trong các điều kiện không tiêu chuẩn

Với phương pháp mạ ion chùm tia điện tử điện áp thấp, nhờ mật độ ion hoá cao quá trình bắn phá ion ăn mòn-làm sạch và nung nóng đế diễn ra rất mãnh liệt Vì vậy độ bám dính của lớp phủ với đế được nâng cao rất nhiều cho phép đồng thời tạo lớp phủ lên các chi tiết có kích thước khác nhau trong cùng một lượt phủ Phương pháp này chỉ áp dụng đối với các vật liệu kim loại, các vật liệu cứng có thành phần

phức tạp chỉ có thể được lắng đọng bằng quá trình bốc hơi phản ứng giữa hơi vật liệu và hỗn hợp các khí công tác cấp vào buồng chân không

Phương pháp hồ quang chân không chỉ sử dụng cho cathode bằng kim loại dẫn điện Với phương pháp này, các màng hợp chất được tạo thành bằng quá trình bốc hơi phản ứng Ưu điểm nổi bật của phương pháp hồ quang chân không là có mức độ ion hoá cao, đảm bảo cho lớp phủ có cơ tính tốt, độ bám dính rất tốt, đặc biệt phù hợp cho tạo các lớp phủ cho chày khuôn đột dập Phương pháp hồ quang chân không có năng suất và hiệu suất sử dụng vật liệu cathode cao Nhược điểm của phương pháp hồ quang chân không là tạo ra các giọt vật liệu (macroparticle) kích thước từ vài µm tới vài chục µm trên bề mặt lớp phủ Các ứng dụng có yêu cầu cao

về đặc tính ma sát giữa các chi tiết không sử dụng phương pháp này Tuy nhiên đối với dụng cụ cắt thì các khuyết tật bề mặt này không ảnh hưởng đáng kể đến tính năng của dụng cụ

Qua rất nhiều công trình nghiên cứu, có thể thấy rằng, cơ chế căn bản giúp nâng cao hiệu suất của dụng cụ cắt có lớp phủ cứng bằng PVD là:

- Giảm hiệu ứng kết dính giữa vật liệu của dụng cụ cắt và vật liệu gia công

- Cải thiện khả năng chống mài mòn của dụng cụ cắt nhờ độ cứng cao của lớp phủ

- Nâng cao khả năng chống lại quá trình oxy hoá nhiệt tại bề mặt dụng cụ cắt

- Giảm ma sát giữa bề mặt dụng cụ cắt và vật liệu gia công, phoi cắt được thoát dễ dàng hơn giúp giảm tải nhiệt lớn cho lưỡi cắt của dụng cụ

1.2 Ứng dụng của các lớp phủ cứng trong công nghiệp

Lớp phủ cứng được sử dụng nhiều nhất là TiN Đây là lớp phủ dễ dàng nhận được bằng các phương pháp PVD và là lớp vật liệu có sự phối hợp tương đối hài hoà giữa các tính chất cơ bản cần có đối với lớp phủ vạn năng cho các ứng dụng gia công cắt gọt Nhờ có khả năng chống dính nên TiN ngăn chặn hiện tượng dính khi tốc độ cắt thấp, hạn chế việc hình thành hiện tượng vón tại mép cắt của dụng cụ (built up cutting edge) Chính vì vậy sử dung lớp phủ TiN sẽ tránh được sự hình thành các xung ứng suất và sự quá tải cơ đối với mép cắt - là hiện tượng làm gãy và

mẻ mép cắt của dụng cụ Hơn nữa lớp phủ TiN còn làm giảm sự mài mòn dụng cụ cắt gây ra bởi chuỗi các quá trình: ma sát -> gia tăng nhiệt độ -> phản ứng hoá học giữa vật liệu carbide của dụng cụ cắt với vật liệu gia công có chứa sắt Nhờ đó khi tốc độ cắt cao sự mài mòn của dụng cụ cắt được cải thiện đáng kể Lớp phủ TiN còn cho phép mở rộng dải tốc độ cắt trong công nghệ gia công vật liệu và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ carbide trong quá trình gia công gián đoạn

Trong một thời gian dài ứng dụng của lớp phủ cứng chỉ giới hạn ở cấu trúc đơn lớp vật liệu TiN Người ta cũng sử dụng một số lớp phủ cứng khác như: ZrN, HfN, NbN song không có ưu điểm rõ rệt nào trong ứng dụng cắt gọt so với lớp phủ TiN

mà giá thành còn cao hơn Năm 1992 lần đầu tiên lớp phủ CrN đã được sử dụng thành công trong việc gia công các vật liệu phi từ

Gần đây, các nghiên cứu cho thấy các vật liệu TiCN và TiAlN có các đặc tính vượt trội trong một số ứng dụng đặc biệt Ví dụ: TiCN có độ cứng (HV ~3000) và khả năng chống mài mòn cao hơn TiN Chúng còn có ưu thế trong gia công các vật liệu tôi cứng và vật liệu mài mòn cao Vùng hoạt động tối ưu đối với TiCN là khoảng nhiệt độ thấp, tương ứng khi tốc độ cắt thấp hoặc cắt không liên tục Lúc này, do hệ số ma sát nhỏ và hệ số dẫn nhiệt cao dẫn đến phoi thoát dễ dàng trên lưỡi cắt

Các ứng dụng điển hình của lớp phủ cứng :

• Mũi khoan có lớp phủ TiN [8,10,11] đứng đầu về mặt số lượng trong số các dụng cụ cắt có lớp phủ cứng Tuổi thọ của mũi khoan tăng lên nhiều lần tuỳ thuộc vào loại vật liệu được gia công: 4 lần đối với thép tăng cứng bề mặt, thép dụng cụ, 5 lần đối với gang đúc, kim loại phi từ tính, 9 lần đối với thép không rỉ

• Mũi taro: Tuổi thọ của mũi taro tăng lên trên 2 lần đối với các vật liệu như thép không rỉ, thép carbon, gang xám, thậm chí tăng lên đến 4-5 lần đối với thép kết cấu

• Mũi phay, lưỡi cưa

• Dụng cụ tạo hình: chày, khuôn dập nguội

• Khuôn ép phun nhựa

Bảng 2 Phạm vi ứng dụng của các lớp phủ cứng

Vật liệu lớp phủ Hiệu suất của lớp phủ Vật liệu gia công

TiCN TiAlN TiN

- Hợp kim nhôm, nhôm đúc,

gang xám đúc, hợp kim Al-Si TiAlN

- -

- Hợp kim đồng, hợp kim

đồng thau, hợp kim đồng nhôm,

titan và hợp kim titan CrN

- Nickel, hợp kim Nickel, hợp

kim cứng và siêu cứng TiAlN

• Các lớp phủ giảm ma sát trên cơ sở vật liệu MoST

• Các lớp phủ siêu mạng đa tinh thể (Polycrystal superlattice) cấu trúc nhiều lớp lặp lại của 2 loại vật liệu với chiều dày các lớp cỡ nanomet

Lớp phủ này có độ cứng cao và mô đun đàn hồi rất cao

• Các vật liệu phủ siêu cứng tổ hợp cấu trúc tinh thể nano/vô định hình Mô phỏng động học của các lớp phủ, giúp nhanh chóng tìm ra thiết kế tối ưu các lớp phủ nhiều lớp cho các ứng dụng cụ thể

Hình 1 1 Dụng cụ cắt mạ các lớp phủ cứng TiN, TiCN

Hình 1 2 Khuôn ép nhựa phủ TiN

Kết luận:

Các lớp phủ cứngTiN và TiCN đã được ứng dụng rất nhiều trong thực tế, chiếm tỷ lệ lớn trong công nghiệp chế tạo dụng cụ cắt và khuôn mẫu Để có thể ứng dụng được trong sản xuất công nghiệp thì cần phải lựa chọn được công nghệ phù hợp với các tiêu chí về mặt kinh tế và công nghệ Qua quá trình tìm hiểu tổng hợp cũng như kinh nghiệm trong quá trình công tác, tác giả lựa chọn công nghệ hồ quang chân không để chế tạo màng TiN, TiCN

1.3.Một số phương pháp khảo sát và đánh giá cấu trúc màng cứng TiN/TiCN

1.3.1.Phương pháp XRD

Kỹ thuật nhiễu xạ tia X được phổ biến nhất là phương pháp bột hay phương pháp Debye Trong kỹ thuật này, mẫu được tạo thành bột với mục đích nhiều tinh thể có định hướng ngẫu nhiên để chắc chắn rằng một số hạt có định hướng thỏa mãn định luật Bragg Trong phân tích tinh thể bằng tia X người ta dùng nhiễu xạ kế Rơnghen

Hình 1 3 Hình học nhiễu xạ kế tia X (XRD)

Ba bộ phận chính của nhiễu xạ tia X là: Nguồn tia X, mẫu, detector và chúng nằm trên vòng tròn tiêu cự Góc giữa mặt phẳng mẫu và tia tới x là góc θ, góc Bragg Giữa phương chiếu tia X và tia nhiễu xạ là 2θ Vì lý do đó nên giản đồ nhiễu xạ được tạo nên theo hình học này được gọi là giản đồ quét θ – 2θ Ứng dụng chủ yếu của nhiễu xạ tia X là xác định cấu trúc tinh thể Hình học và cấu trúc ô đơn vị có thể được xác định được từ vị trí góc của píc nhiễu xạ, trong khi sự sắp xếp của các nguyên tử trong ô đơn vị lại liên quan với cường độ tương đối của các píc này Như vậy theo định luật Bragg có thể thấy rằng căn cứ theo vị trí píc suy ra cấu trúc và thông số mạng cho từng pha chứa trong màng mỏng và cường độ nhiễu xạ tia X cho phép xác định sự phân bố và vị trí nguyên tử trong phân tử

Biết rằng mỗi pha gồm một loại ô mạng nhất định và cho hệ vạch nhiễu xạ tương ứng trên giản đồ nhiễu xạ Nếu mẫu gồm nhiều pha nghĩa là gồm nhiều loại ô mạng thì trên giản đồ sẽ tồn tại đồng thời nhiều hệ vạch khác nhau Phân tích các vạch nhiễu xạ có thể xác định được các pha có trong mẫu Đó là cơ sơ của phương pháp phân tích pha định tính Các pha chưa biết trong vật liệu có thể xác định bằng

so sánh với các số liệu chuẩn trong sách tra cứu hay các flie được lưu giữ trên máy Hiện nay nhờ các số liệu chuẩn chuẩn chi tiết như: khoảng cách giữa các mặt phẳng

d, cường độ tương đối, chỉ số Miller của mặt phẳng, thông tin quang học, mật độ, số

nguyên tử hoặc phân tử trong ô cơ bản, v.v…của vật chất được lưu giữ trên các flie CD-ROM có thể xử lý trực tiếp và cho ngay kết quả mà không cần bất kỳ tao tác nào của người vận hành

1.3.2.Phương pháp EDAX

Phổ tán sắc năng lượng Tia X là một kỹ thuật vi phân tích hóa học được sử dụng kết hợp với các thiết bị phân tích khác như SEM hoặc TEM Công nghệ này dựa vào sự thu nhận và phân biệt tia X phát ra từ mẫu trong quá trình bắn phá bởi chùm điện tử để xác định thành phần hóa học đặc trưng của mẫu

Bức xạ tia X phát ra do sự kích thích của điện tử có thể chia làm hai thành phần:

• Tia X liên tục hay bức xạ hãm sinh ra bởi các điện tử giảm tốc trong mẫu

• Tia X đặc trưng, đặc trưng cho từng nguyên tố hóa học, tia X đặc trưng phát

ra từ một nguyên tố riêng biệt có thể xác định được từ bước sóng λ hoặc năng lượng đặc trưng E (của photon) vì:

E=hc/λ Trong đó h là hằng số plăng, c là vận tốc ánh sáng, λ là bước sóng

Hình 1 4 Nguyên lý phép phân tích EDAX

Nguyên lý của phép phân tích EDAX: Nếu điện tử tới mẫu có năng lượng lớn hơn thế kích thích EC (năng lượng liên kết điện tử hạt nhân) thì điện tử lõi có thể bị bật

ra khỏi nguyên tử và tạo nên một lỗ trống trong quỹ đạo Khi đó nguyên tử ở trạng thái kích thích và các lỗ trống quỹ đạo nhanh chóng được lấp đầy bằng sự hồi phục điện tử kèm theo sự giải phóng năng lượng bằng hiệu hai mức năng lượng quỹ đạo

Năng lượng này có thể được giải phóng dưới dạng một photon tia X (xác suất cao) Photon này có bước sóng (năng lượng) đặc trưng cho nguyên tố phát ra nó Do vậy bước sóng (năng lượng) tia X cho ta biết thông tin về sự có mặt của nguyên tố phát

ra tia X, còn cường độ tia X phát ra cho ta biết nồng độ nguyên tố Tuy nhiên, điện

tử lõi bật ra có thể thuộc lớp K, L, M do vậy với mỗi nguyên tố, ta có thể có một hay một số các giá trị bước sóng tia X (năng lượng) đặc trưng cho nguyên tố đó

Khi bề mặt cần phân tích được chia ra thành nhiều điểm ảnh, phép đo EDAX tiến hành phân tích thành phần nguyên tố trên từng điểm ảnh sẽ cho bản đồ phân bố nguyên tố trên bề mặt mẫu cần quan sát Dựa trên kết quả phân tích bản đồ phân bố nguyên tố ta có thể xác định độ đồng đều của mẫu cần phân tích

Hình 1 5 Sơ đồ một hệ phân tích EDAX

Sử dụng chùm điện tử quét trên bề mặt mẫu, tia X đặc trưng cho từng nguyên tố được thu bằng detector bán dẫn với độ phân giải màn hình là 256 x 256 điểm ảnh ứng với kích thước bề mặt mẫu là 100 x 100µm Kết quả đo cho ta biết thông tin về phân bố các nguyên tố trên bề mặt mẫu ứng với diện tích quét

1.3.2.Phương pháp đo độ cứng

Độ cứng là một chỉ tiêu chất lượng bề mặt rất quan trọng, có ảnh hưởng lớn tới độ bền chi tiết Khi độ cứng kém, chi tiết sẽ mau mòn, dễ biến dạng và do đó độ chính xác giảm sút nhanh chóng sau thời gian làm việc.Việc kiểm tra chỉ tiêu độ

cứng bề mặt được tiến hành theo các phương pháp khác nhau tuỳ theo độ cứng của vật liệu

Phương pháp xác định độ cứng kim loại bằng tải trọng tĩnh là phương pháp

đo tiêu chuẩn và thường dùng nhất Nguyên tắc của phương pháp là áp lực P xác định được tăng từ từ lên mũi thử, làm bằng vật liệu chọn trước, có hình dáng và kích thước nhất định Độ sâu mà mũi thử có thể xâm nhập vào bề mặt của vật liệu thử tuỳ thuộc vào độ cứng của nó Như vậy, thực chất của việc đo độ cứng vật liệu

là đo chuyển vị thẳng của mũi thử khi ấn nó vào vật liệu thử dưới áp lực cho trước Phương pháp đo độ cứng Vickers Mũi thử trường hợp này là mũi hình tháp, có 4

cạnh chia đều, có kích thước tiêu chuẩn, đáy vuông và góc ở đỉnh là 136o±30’, bằng kim cương

Mũi thử đuợc ấn vào vật liệu dưới tác dụng của tải trọng, có 2 dải lực: micro 10g ÷ 1000g và macro 1kg ÷ 100kg Với thời gian giữ tải trọng tiêu chuẩn là 10 ÷ 15 giây Vết lõm của mũi thử để lại trên vật liệu được đo theo

chiều dài đường chéo đáy hình vuông trên vật liệu thử

Trị số được tính như sau:

2

sin 2

D

P D

Trong đó: P - tải trọng mũi thử, đơn vị là N

D - trị số trung bình hai đường chéo vết lõm, mm

α = 136o góc hợp bởi hai cạnh đối diện cắt nhau tại đỉnh tháp

Trừ trường hợp lực kiểm tra dưới 200g, giá trị độ cứng Vickers nói chung là độc lập tức là nếu vật liệu kiểm tra là đồng đều thì giá trị của độ cứng Vickers sẽ là như nhau (Vickers như nhau khi dùng 500g và 50kg lực) Do khi thay đổi tải trọng, tỷ lệ giữa tải trọng và bình phương đường chéo vết lõm nhân được luôn luôn không đổi,

điều này cho phép dùng tải trọng thay đổi mà không ảnh hưởng đến kết quả đo, với vật mỏng có thể dùng tải trọng thích hợp (ưu điểm so với cá phương pháp khác) Trị số độ cứng HV được ghi cùng với tải trọng thử và thời gian thử

VD: HV 100/30 – 500 có nghĩa là trị số độ cứng Vickers là 500 đo với tải trọng thử

là 100 N trong khoảng thời gian 30 giây

Để đo độ cứng tế vi người ta dùng mũi thử kim cương có đáy vuông gá dưới kính hiển vi ( có độ khuyếch đại 500X) ấn vào mẫu với tải trọng trong khoảng 0,05N tới 5N Chiều dài vết lõm được đo nhờ thị kính đo lường của kính hiển vi Khoảng cách giữa tâm hai vết lõm phải lớn hơn 2,5 chiều dài đường chéo vết lõm Giá trị độ cứng của lớp phủ sẽ cho giá trị chính xác nhất khi chiều sâu h của mũi thử ấn vào vật liệu bằng 1/3 chiều dày lớp phủ cần đo

1.3.4.Phương pháp đo chiều dày màng

Tốc độ lắng đọng màng được định nghĩa là tốc độ phát triển chiều dày màng trong một đơn vị thời gian, đơn vị là: (nm/phút)

Tốc độ tạo màng được tính gián tiếp qua chiều dày của màng đo được :

t

d

Dm=

Trong đó: Dm Tốc độ lắng đọng màng, d- Chiều dày đo được

t- Thời gian tạo màng

Hình 1 6 Máy đo chiều dày màng mỏng Anpha – Step IQ

Máy đo Anpha – Step IQ là máy đo biên dạng bề mặt dựa vào kết quả quét của kim dò trên bề mặt mẫu theo một đường thẳng Có thể phát hiện sự khác biệt trên bề mặt mẫu từ 80 Angstrom đến 2mm với độ chính xác cao Có đến 48 thang

đo tùy thuộc vào bề mặt mà ta lựa chọn thang đo phù hợp Kết quả quét được hiện thị trên màn hình máy tính theo hình ảnh 2D cho phép theo dõi và phân tích quá trình, hệ thống có phần mềm điều khiển đi kèm, với nền tảng tính toán mạnh có thể cho kết quả nhanh và hiệu suất cao Để đo được chiều dày của màng ta phải tạo mẫu

có bậc chuyển tiếp sắc nét bề mặt màng xuống đế

Dưới đây là kết quả được đo chiều dày của màng mỏng trên máy Anpha – Step IQ

Hình 1 7 Chiều dày mẫu màng TiN khảo sát Phân tích kết quả: Ở đồ thị trên ta chọn vùng cần xác định chiều dày, lấy 2 điểm mà

ở đoạn đồ thị đó là phẳng, phần mềm sẽ tự động tính tại vị trí nào thì có giá trị trung bình chiều dày của 2 điểm đó, đối với đế ta cũng làm tương tự như vậy Kết quả đo chiều dày của màng thu được chính là chiều dày trung bình của màng trừ đi sai số

bề mặt của mẫu

CHƯƠNG 2 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ HỆ

THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp hồ quang chân không (Vacuum Arc)

Phương pháp hồ quang chân không (Vacuum Arc) hay còn gọi là hồ quang

âm cực (Vacuum Cathode) được phát minh và ứng dụng lần đầu tiên vào năm 1977

ở Liên Xô Hiện nay, đây là một trong các phương pháp công nghệ tiên tiến được sử dụng hết sức rộng rãi và đặc biệt hiệu quả để lắng đọng các lớp phủ cứng kiểu TiN, TiCN Đây là một phương pháp công nghệ cho phép lắng đọng các màng mỏng với tốc

độ lắng đọng cao, độ bám dính của màng - đế tuyệt vời, điện áp duy trì hồ quang thấp (U~20V), đặc biệt phù hợp cho mục tiêu thương mại và mang tính công nghiệp cao

2.1.1.Nguyên lý hoạt động

Hồ quang chân không là sự phóng điện với dòng điện có cường độ lớn trong môi trường chân không giữa hai điện cực có hiệu điện thế thấp Trong quá trình hồ quang chân không với dòng điện có cường độ nhỏ hơn một vài kA, có thể quan sát thấy một chuỗi các điểm sáng di chuyển nhanh trên bề mặt Cathode Điểm này được gọi là điểm

hồ quang hay là điểm Cathode (Cathode spot) Toàn bộ quá trình này diễn ra trong khoảng từ một vài giây đến vài phút tại một khu vực nào đó trên Cathode

Hình 2 1 Bản vẽ cấu tạo đầu hồ quang

Hình 2 2 Điểm cathode di chuyển trên bề mặt bia Trong phương pháp hồ quang chân không, môi trường dẫn điện là plasma của vật liệu điện cực được bốc hơi, ion hoá cao và hình thành do quá trình hồ quang Hiện tượng này có thể được hiểu như là “hồ quang hơi kim loại trong môi trường chân không” hoặc thường được gọi là “hồ quang chân không” (Vacuum Arc) Điểm Cathode và hiệu ứng của nó là một đối tượng được đặc biệt quan tâm trong phương pháp công nghệ hồ quang chân không Ngoài việc tạo ra một môi trường plasma dẫn điện, các điểm Cathode còn là nguồn tạo ra các điện tử thứ cấp phát xạ từ vật liệu làm điện cực Cathode Với tất cả các loại hồ quang, dòng điện tập trung trong một vùng rất nhỏ của điểm Cathode Tại đây sẽ tạo ra nhiệt độ và điện trường rất lớn đủ điều kiện để cho plasma có thể hình thành dẫn tới hơi kim loại phát ra từ các điểm Cathode bị ion hoá gần như hoàn toàn và mang năng lượng cao Động năng của các ion thường nằm trong khoảng 50÷100 eV Động năng này cho phép các ion đạt vận tốc chuyển động v≈10 km/giây từ các điểm Cathode Vì vậy, trong công nghệ

hồ quang chân không, một lượng plasma rất lớn sẽ được tạo ra và dòng ion chiếm khoảng 10% dòng hồ quang

Trong buồng chân không, luồng plasma từ Cathode sẽ di chuyển về mọi hướng

và một phần trong đó đi tới Anode Dòng điện trong mạch tạo ra bởi dòng các điện

tử chuyển động từ Cathode tới Anode Dòng plasma có thể bị ảnh hưởng rất mạnh

bởi từ trường tác động từ bên ngoài, hoặc bởi chính dòng điện hồ quang tạo ra Dòng các ion và điện tử đi đến Anode sẽ làm nóng Anode và trong những điều kiện nhất định, Anode cũng có thể trở thành một nguồn plasma Lúc này, quá trình bốc hơi tại Anode có thể xảy ra dưới dạng điểm Anode cũng có thể mở rộng ra trên toàn

bộ vùng Anode Luồng plasma hơi kim loại tạo ra bởi hồ quang sẽ lắng đọng trên bất kỳ bề mặt nào trong buồng chân không và lắng đọng dưới dạng các lớp phủ kim loại đơn hoặc đa thành phần Có thể thấy rằng luồng plasma Cathode là một môi trường đặc biệt được ion hoá gần như hoàn toàn có năng lượng và mật độ ion cao

Độ ion hoá cao cho phép dễ dàng điều khiển năng lượng của các ion lắng đọng trên

đế bằng cách thay đổi thiên áp âm đặt lên đế Năng lượng cao của ion còn giúp cho việc làm sạch đế khỏi các chất bẩn bằng phún xạ ion Ngoài ra dòng ion cao sẽ cho phép gia tăng tốc độ lắng đọng màng và có thể điều chỉnh nó trong một dải rất rộng

từ cỡ nm/phút đến µm/phút Đây có thể được coi như một ưu điểm tuyệt vời đặc biệt hữu hiệu của phương pháp hồ quang chân không và đặc biệt có ý nghĩa về mặt kinh tế

2.1.2.Hiệu ứng “hạt macro”

Trong phương pháp hồ quang chân không, các quá trình bay hơi hồ quang Cathode thường tạo ra một lượng các hạt vật liệu có kích thước từ một µm vài tới vài chục µm lắng đọng trên bề mặt đế Các hạt này được gọi là các hat macro (macroparticle) Đây là các hạt điện tích trung hòa với kích thước và mật độ phát xạ khác nhau Các hạt marco này khi thoát khỏi cathode một phần lắng đọng trên đế tạo ra sự chênh lệch về mật độ kim loại ở trên đế Hiên tượng này được gọi là hiệu ứng “hạt macro”

Hình 2 3 Hạt marco xuất hiện trên bề mặt màng Hiệu ứng “hạt macro”gây ra nhiều tác động không mong muốn ảnh hưởng rất lớn tới tính chất và chất lượng của lớp phủ và là nguyên nhân của các vết rạn nứt sinh ra bên trong lớp phủ Vì vậy, cần phải giảm thiểu tới mức tối đa có thể hiệu ứng “hạt macro”trong quá trình hồ quang chân không Các nghiên cứu gần đây cho thấymật

độ phát xạ và kích thước các hạt marco phụ thuộc chặt chẽ vào các thông số công nghệ của quá trình hồ quang chân không Người ta nhận thấy kích thước hạt marco sẽ nhỏ đi khi nhiệt độ điểm Cathode tăng lên và áp suất hơi kim loại giảm Ngoài ra, số lượng hạt macro hình thành sẽ tăng lên khi nhiệt độ nóng chảy của vật liệu Cathode thấp và tăng theo dòng hồ quang

2.1.3.Các đặc tính và ưu điểm của phương pháp hồ quang chân không

Phương pháp hồ quang chân không có nhiều đặc tính khác biệt so với các phương pháp lắng đọng pha hơi vật lý PVD khác Đó là:

1) Luồng plasma kim loại được sinh ra từ một hay nhiều điểm Cathode 2) Phần lớn hơi kim loại hình thành bị ion hóa (~30 ÷ 100%)

3) Nhiều trạng thái điện tích của ion được hình thành ( ví dụ Ti+, Ti+2, Ti+3,

vv…) 4) Các ion phát ra với động năng lớn (~10eV ÷ 100 eV)

5) Plasma phát xạ từ điểm Cathode bao gồm: điện tử, ion và vật liệu bốc bay

Bảng 3 Một số đặc tính điển hình của phương pháp hồ quang chân không

Các đặc tính điển hình Các giá trị đạt được Nhiệt độ (K) 4 103 – 104

Cường độ điện trường (V/cm) 104 – 105

Lớp phủ cứng lắng đọng bằng phương pháp hồ quang có những ưu điểm nổi bật so với các phương pháp khác như sau:

1) Lớp phủ độ bám dính cao, mật độ lắng đọng lớn và đặc biệt có thể dễ dàng điều chỉnh các thành phần và tính chất của màng bằng cách thay đổi các thông số công nghệ như áp suất, thành phần khí, thiên áp đế, mật độ dòng hồ quang v v

2) Tốc độ lắng đọng lớn khi lắng đọng các lớp phủ kim loại, hợp kim với độ đồng đều rất cao

3) Nhiệt độ đế thấp

4) Không phá hủy bia

5) Do hơi kim loại bị ion hóa cao nên dễ dàng lắng đọng các lớp phủ đa thành phần

6) Thân thiện với môi trường (không sử dụng hóa chất, khí độc hại)

Kết luận: Phương pháp hồ quang chân không là một phương pháp công nghệ tiên tiến có nhiều ưu điểm so với các phương pháp PVD khác, đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Phương pháp này cho phép lắng đọng các lớp phủ đơn, đa lớp hoặc đa thành phần có chất lượng cao

2.2.Xây dựng thiết bị thử nghiệm

2.2.1.Sơ đồ nguyên lý

Tác giả đã tiến hành xây dựng thiết bị thử nghiệm công nghệ hồ quang chân không trên cơ sở thiết bị chân không TINA 900 (sản xuất tại hãng VTD - Đức) Trên hình

2-4 là sơ đồ nguyên lý một hệ bốc bay hồ quang chân không mà đề tài đã sử dụng

Hình 2 4 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp bốc bay hồ quang chân không

Chú thích các ký hiệu:

1 Buồng chân không

2 Đầu hồ quang chân không

3 Hệ thống mồi hồ quang

4 Nguồn điện hồ quang

5 Hệ gá quay mẫu + đầu đo nhiệt độ và đầu nối thiên áp đế

6 Bơm khuếch tán

7 Bơm cơ học

8 Hệ thống khí công tác: Ar, CH4 và N2

2.2.2.Thiết bị bốc bay hồ quang xây dựng

Trên hình 2.5 là thiết bị bốc bay hồ quang chân không được cải tạo từ thiết bị TINA900

Hình 2 5 Thiết bị mạ bốc bay hồ quang chân không tại Trung tâm Quang Điện tử

Hình 2 6 Đầu bốc bay hồ quang lắp đặt trong buồng chân không

Các thành phần cơ bản của hệ thiết bị mạ hồ quang chân không

1)Buồng chân không

hồ quang Van khí nén

Dây nguồn

Hệ thống từ trường

Nguồn hồ

quang

Bia Titan

-Kích thước bia đường kính Ø60x8mm

-Dòng hồ quang thay đổi trong dải 0÷250A

Hình 2 7 Đầu hồ quang chân không

3)Nguồn hồ quang

Công nghệ mạ hồ quang yêu cầu bộ nguồn phải tạo ra điện áp có dòng một chiều lớn, đặc biệt dòng DC này phải ổn định khi tải là một môi trường ion có thể thay đổi liên tục theo qui trình mà công nghệ mạ đưa ra Ngoài ra bộ nguồn phải hoạt động ổn định trong suốt quá trình mạ kéo dài, có khả năng điều khiển từ bên ngoài để đồng bộ hoạt động nhiều nguồn cùng một lúc Để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trên bộ nguồn được thiết kế bằng kỹ thuật chuyển mạch tần số cao switching mode power supply (SMPS)

Hình 2 8 Nguồn hồ quang chân không

Các tính năng chính của bộ nguồn:

• Điện áp ra max 70VDC khi không tải

• Điện áp ra max 30VDC khi tải

• Dòng điện DC 50 đến 250A

• Độ mấp mô ≤ 5%

• Độ ổn định theo thời gian ≤ 3%

• Điện áp nuôi 3pha 380VAC ±10%

• Hiệu suất ≥ 85%

4)Nguồn thiên áp: Điện áp đầu ra: 0 ÷ -1000V DC

Chức năng nguồn áp Chức năng nguồn dòng

Đo điện áp hiển thị số độ phân giải Vol

Đo điện áp hiển thị số độ phân giải mA

Báo lỗi

Bảo vệ quá tải Điện áp sử dụng 1pha 220VAC / 50Hz Điện áp sử dụng 3pha 380VAC / 50Hz (option)

Công suất max 3.5KW Môi trường làm việc: nhiệt độ ≤ 40OC; Độ ẩm ≤ 80% RTH

5)Thiết bị điều khiển lưu lượng khí: MFC của hãng MKS-Mỹ

Hình 2 9 Thiết bị điều khiển lưu lượng khí CH4, N2, Ar