Reaktif Dc Magnetron Sıçratma / Pecvd Hibrit Tekniğiyle Biriktirilen Ti / Tixcy / Dlc İnce Film Kaplamaların Üretim Koşullarının Belirlenmesi Ve Karakterizasyonu

Abstract

DLC (diamond-like carbon, elmas benzeri karbon) ince filmler yüksek sertliklerinin yanısıra çok düşük sürtünme katsayıları, yüksek elektrik dirençleri, optik geçirgenlikleri, kimyasal inertlikleri gibi üstün niteliklerinden ötürü, özellikle aşınmaya dayanıklı kaplamalar, biomedikal, optik kaplamalar, manyetik kayıt malzemelerinin kaplanması vs.. gibi geniş bir yelpazede uygulama alanları olan malzemelerdir. Bu çalışmada elmas benzeri karbon esaslı fonksiyonel gradyanlı Ti/TixCy/DLC kaplamaları üretmek için kullanılan yöntem magnetron sıçratma ve d.c. plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemlerinin birlikte kullanıldığı hibrit bir tekniktir. İncelenen DLC ince film kaplamaların üretim parametreleri; (60-200 V) bias voltajı, sıçratma gücü (1,0-1,1 kW) ve “plasma booster” akımı (1,7-2,5A) olarak belirlenmiştir. Kaplamaların elementel derinlik profilleri ve morfolojileri ikincil iyon kütle spektrometresi (SIMS - Secondary Ion Mass Spectrometer) ve EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) kullanılarak, mekanik özellikleri ise kalotest ve scratch tester cihazlarıyla belirlenmiştir. Üretilen kaplamalar üzerinde gerçekleştirilen karakterizasyon çalışmaları sonucunda, biriktirme parametrelerine bağlı olarak 2,14-3,90 μm arasında değişen kaplama kalınlıkları, ve çizik testi neticesinde 35,5-68 N aralığında değişen kritik yük değerleri elde edilmiştir. Yapılan EPMA ve SIMS çalışmaları neticesinde taban malzeme üzerine biriktirilmiş titanyum, kolonsal yapıya sahip TiC katmanları ve ince DLC tabakadan oluşan “fonksiyonel gradyanlı” yapı gözlemlenmiştir.

Due to their high hardness, high wear resistance, low friction coefficient, chemical inertness, high electrical resistance and optical transparency, diamondlike carbon (DLC) thin films have great potential for especially wear-resistant applications, coatings on recording media, biomedical coatings, optical coatings etc…In this study diamondlike carbon based functionally gradient Ti/TixCy/DLC films were deposited by the hybrid technique of magnetron sputtering and d.c. plasma-enhanced chemical vapor deposition.The coating parameters investigated in our study are; substrate bias voltage (60-200 V), sputtering power (1.0-1.1 kW) and plasma booster current (1.7-2.5 A). The elemental depth profile and the morphology of the coatings were examined by secondary ion mass spectrometer (SIMS) and electron probe micro analyzer (EPMA). The mechanical properties were investigated by calotest and scratch adhesion tests. During the characterization studies on coatings deposited in above mentioned conditions coating thicknesses of between 2,14-3,90 μm, and critical load values resulting from scratch tests of 35,5-68 N are obtained. EPMA and SIMS studies conducted on the coated specimens proved the presence of a functionally graded coating constitued of a thin titanium layer followed by columnar titanium carbide layers and finally a thin DLC top layer on the substrate.