Em termos de princípios de PVD, o tungstênio (W) pode ser depositado usando vários métodos, como pulverização catódica por magnetron, revestimento iônico multi-arco, HiPIMS ou deposição assistida por-feixe-iônico. A verdadeira questão é: qual é a aplicação pretendida para o tungstênio? Você deseja criar uma camada de tungstênio puro, carboneto de tungstênio (WC), um dopante menor em um revestimento W-DLC ou uma camada de transição de alta-carga-de suporte?
O método mais adequado varia dependendo do objetivo.
A maior vantagem da pulverização catódica por magnetron para W é o "controle fácil"
O alvo W é um alvo condutor e pode ser usado para pulverização catódica de magnetron. Os íons Ar bombardeiam o alvo W, eliminam os átomos W e os depositam na superfície da peça de trabalho.
As vantagens do uso da pulverização catódica por magnetron para depositar tungstênio (W) são claras: menos partículas, uma superfície de filme lisa e composição facilmente controlável. Este método é particularmente adequado-para revestimentos W-DLC, onde é necessário um controle preciso sobre o conteúdo de tungstênio.
No W-DLC, o tungstênio geralmente não é o principal componente funcional. A rede de carbono é o que realmente fornece propriedades de baixo-atrito; o tungstênio serve para ajustar a tensão interna, aumentar a capacidade de carga-e melhorar a estabilidade de filmes mais espessos. No entanto, adicionar muito tungstênio interrompe a rede de carbono de baixo{5}}atrito característica do DLC.
Portanto, W-DLC tem mais medo de que o conteúdo W fique fora de controle.
É aqui que reside o benefício da pulverização catódica por magnetron. Você pode trazer lentamente o conteúdo de W para a janela alvo ajustando a potência alvo de W, a taxa de fluxo da fonte de carbono, a tensão de polarização e a pressão do ar. Por exemplo, se você comparar W baixo, W médio e W alto, as tendências de atrito, dureza e tensão podem ser vistas claramente.
Portanto, a pulverização catódica do magnetron é uma rota muito comum e estável para dopagem W fina, camada de transição W-C e camada principal W-DLC.
O revestimento iônico multi{0}}arco pode ser usado para tungstênio (W), mas apresenta desafios maiores.
Não é impossível processar tungstênio usando revestimento iônico multi-arco.
Os pontos de arco nos processos de arco catódico possuem energia extremamente alta; teoricamente, eles podem vaporizar uma ampla variedade de metais com alto ponto de-ponto de fusão-, incluindo metais refratários como W, Mo e Ta. O fato do tungstênio ter um alto ponto de fusão não significa que não possa ser vaporizado pela mancha do arco.
No entanto, só porque é possível não significa que seja fácil de alcançar.
O tungstênio (W) é um material caracterizado por alto ponto de fusão e alta dureza; consequentemente, processos como usinagem de alvos, fixação, resfriamento e manutenção da estabilidade da ignição do arco são mais desafiadores do que com alvos padrão de titânio (Ti) ou cromo (Cr).
Ao usar a deposição de múltiplos-arcos para tungstênio, atenção especial deve ser dada ao movimento do ponto do arco, à ablação da superfície alvo, ao superaquecimento localizado, à formação de partículas e à rugosidade da superfície do filme.
As características do multi-arco são alta taxa de ionização metálica, forte energia de deposição e boa força de ligação, mas também é fácil trazer gotículas e partículas grandes.
Para alvos de arco convencionais, como Ti e Cr, as partículas já são um problema comum em arcos múltiplos. Se for substituído por um material de alto ponto de fusão, como W, o estado do ponto do arco e a ablação da superfície alvo não serão bem controlados e os defeitos da superfície do filme também poderão ser óbvios.
Portanto, embora a tecnologia multi{0}arco possa ser usada para depositar tungstênio (W), ela é mais adequada para aplicações que exigem intenso bombardeio de íons metálicos, alta adesão e reforço de camadas de transição ou de suporte de carga; não é necessariamente ideal para produzir camadas de superfície W-DLC altamente refinadas que exigem baixos níveis de partículas e controle preciso sobre o conteúdo de tungstênio.
Por que mais pessoas preferem a pulverização catódica de magnetron ao produzir W-DLC?
Porque a chave para o W-DLC não reside apenas na "incorporação de tungstênio", mas em determinar quanto adicionar, onde distribuí-lo e se a adição perturba a rede de carbono.
Ao usar um alvo de-tungstênio (W) pulverizado por magnetron em conjunto com uma fonte de carbono-como um alvo de grafite, acetileno, metano ou outro plasma de carbono-é relativamente fácil manter um baixo teor de tungstênio, permitindo que ele se disperse dentro da matriz DLC como estruturas finas de W-C ou nano{4}}carbonetos.
Dessa forma, o tungstênio serve para aumentar a capacidade de suporte-de carga e reduzir o estresse, enquanto a rede de carbono permanece contínua, garantindo que as propriedades de baixo-fricção sejam preservadas.
Ao usar uma fonte de tungstênio (W) em um processo de múltiplos-arcos, o fluxo de íons metálicos de tungstênio pode ser bastante intenso, facilitando que o conteúdo local de tungstênio se torne excessivamente alto.
Altos níveis de tungstênio tendem a promover a formação de quantidades significativas de fases WC ou W₂C, prendendo efetivamente o carbono nas estruturas de carboneto. Conseqüentemente, o revestimento resultante pode acabar como um revestimento duro composto de carboneto-contendo tungstênio, em vez de um revestimento DLC de baixo-fricção.
Em outras palavras, embora seja certamente possível usar uma fonte de tungstênio na deposição de múltiplos-arcos, a janela para controlar o conteúdo de tungstênio é mais estreita e mais difícil de gerenciar; além disso, deve ser dada especial atenção às partículas superficiais e à continuidade da rede de carbono.
Onde o multi-arco W é mais adequado para ser colocado?
Se for W-DLC, prefiro entender o multi-arc W como uma ferramenta para "camada de aprimoramento" ou "camada de transição", em vez de usá-lo diretamente para criar uma camada inteira de DLC de alto conteúdo W-.
Por exemplo, próximo ao substrato, uma camada de transição W ou WC pode ser usada para melhorar a sustentação-de carga e a ligação; um gradiente W-C pode ser feito no meio para permitir uma transição gradual do metal para o carbono; a maior parte da superfície ainda mantém DLC-rico em carbono para garantir baixo atrito e anti{3}}aderência.
Este projeto é mais racional do que usar uma camada monolítica de tungstênio (W).
Se o objetivo não for um DLC de baixo-atrito, mas sim uma camada de W, WC ou W-C de alta-dureza e resistente ao desgaste-, a abordagem multi-arco também é valiosa. Isso ocorre porque a deposição de múltiplos-arcos gera íons metálicos de alta-energia, resultando em revestimentos densos com forte adesão,-ideais para criar camadas robustas e{9}}resistentes ao desgaste.
No entanto, se o cliente exigir uma superfície excepcionalmente lisa, partículas mínimas e um baixo coeficiente de atrito, deve-se ter cuidado ao confiar apenas na deposição de múltiplos-arcos para tungstênio.
Se você estiver produzindo revestimentos W-DLC-particularmente onde o foco está em baixo atrito, propriedades anti{2}}aderência, componentes deslizantes ou superfícies de molde lisas-priorize o uso de pulverização catódica com magnetron ou HiPIMS para depositar o componente de tungstênio (W), combinado com uma fonte de carbono para deposição. Esta abordagem permite um melhor controle sobre o conteúdo de tungstênio, resulta em uma superfície de revestimento mais fina e facilita a preservação da estrutura da rede de carbono.
Se você precisar produzir uma camada de transição W-C mais espessa, que ofereça maior capacidade de suporte de carga-e exija forte adesão, considere usar uma fonte W de múltiplos-arcos ou uma fonte híbrida combinando multi-arco e pulverização catódica de magnetron.
Se você pretende produzir camadas puras resistentes ao desgaste-do tipo W ou WC-, o método multi{2}}arco também é uma opção, embora você deva estar preparado para lidar com desafios como partículas, tensão interna, ablação da superfície alvo e rugosidade da superfície.
A conclusão é, portanto, simples:
Os revestimentos de tungstênio (W) podem ser produzidos não apenas por pulverização catódica de magnetron, mas também por revestimento iônico de arco múltiplo.
No entanto, a pulverização catódica por magnetron é mais adequada para controlar com precisão o conteúdo de tungstênio e obter uma superfície com o mínimo de partículas, enquanto o revestimento multi{0}}arco é superior para criar camadas de transição W ou W{1}}C caracterizadas por alta ionização, forte adesão e alta capacidade de suporte de carga-. A abordagem ideal geralmente envolve uma estratégia híbrida em vez de escolher um método em vez de outro: usar uma camada de tungstênio na base para aumentar a capacidade de suporte-de carga, mantendo uma camada de carbono DLC de baixo-fricção na superfície.
