PVD 原理の観点から見ると、タングステン (W) は、マグネトロン スパッタリング、マルチ アーク イオン プレーティング、HiPIMS、イオン-ビーム-などのさまざまな方法を使用して堆積できます。本当の疑問は、タングステンの用途は何でしょうか?純粋なタングステン層、炭化タングステン (WC)、W-DLC コーティング内の微量ドーパント、あるいは高-負荷-に耐える遷移層の作成を検討していますか?
目的に応じて最適な方法は異なります。
W用マグネトロンスパッタリングの最大のメリットは「制御の容易さ」
Wターゲットは導電性ターゲットであり、マグネトロンスパッタリングに使用できます。 Ar イオンは W ターゲットに衝突し、W 原子をノックアウトし、ワークピースの表面に堆積させます。
マグネトロン スパッタリングを使用してタングステン (W) を堆積する利点は明らかです。粒子が少なく、膜表面が滑らかで、組成を容易に制御できます。この方法は、タングステン含有量の正確な制御が必要な W-DLC コーティングに特に適しています。-
W-DLC では、通常、タングステンは主要な機能成分ではありません。実際に低摩擦特性を提供するのは炭素ネットワークです。-タングステンは内部応力を調整し、耐荷重能力を高め、厚い膜の安定性を向上させる働きがあります。-ただし、タングステンを追加しすぎると、DLC の特徴である低摩擦炭素ネットワークが破壊されます。-
したがって、W-DLC は、W コンテンツが制御不能になることを最も恐れています。
ここにマグネトロンスパッタリングの利点があります。 W ターゲット電力、炭素源流量、バイアス電圧、空気圧を調整することで、W 含有量をターゲット ウィンドウにゆっくりと合わせることができます。たとえば、低 W、中 W、高 W を比較すると、摩擦、硬度、応力の傾向が明確にわかります。
したがって、マグネトロン スパッタリングは、微細な W ドーピング、W-C 遷移層、および W-DLC メイン層の非常に一般的で安定したルートです。
マルチ アーク イオン プレーティングはタングステン（W）に使用できますが、大きな課題が伴います。{0}
マルチ アーク イオン プレーティングを使用してタングステンを加工することは不可能ではありません。-
陰極アークプロセスのアークスポットは非常に高いエネルギーを持っています。理論的には、W、Mo、Ta などの高融点金属を含む幅広い高融点金属を気化できます。{0}{1}タングステンの融点が高いという事実は、タングステンがアークスポットによって蒸発できないことを意味するものではありません。
ただし、それが可能であるからといって、それを達成するのが簡単であるとは限りません。
タングステン（W）は融点が高く、硬度が高いのが特徴の材料です。そのため、ターゲットの加工、クランプ、冷却、アーク点火の安定性の維持などのプロセスは、標準的なチタン (Ti) またはクロム (Cr) ターゲットを使用する場合よりも困難になります。
タングステンにマルチ アーク蒸着を使用する場合は、アーク スポットの移動、ターゲット表面のアブレーション、局所的な過熱、粒子の形成、膜表面の粗さに特別な注意を払う必要があります。
マルチアークの特徴は、高い金属イオン化率、強い蒸着エネルギー、優れた結合力ですが、液滴や大きな粒子が飛来しやすいことも特徴です。
Ti や Cr などの従来のアーク ターゲットの場合、粒子はすでに複数のアークで共通の問題となっています。 Wなどの高融点材料に置き換えると、アークスポットの状態やターゲット表面のアブレーションがうまく制御されず、膜表面の欠陥が目立つ場合もあります。
したがって、マルチ アーク技術はタングステン（W）の堆積に使用できますが、強力な金属イオン衝撃、高い接着力、遷移層または耐荷重層の強化を必要とする用途に適しています。-これは、低粒子レベルとタングステン含有量の正確な制御が要求される高度に精製された W- DLC 表面層の製造には必ずしも理想的ではありません。
W-DLC を製造する際にマグネトロン スパッタリングを好む人が増えているのはなぜですか?
なぜなら、W-DLC の鍵は単に「タングステンを組み込む」ことにあるのではなく、どれだけの量を添加するか、どこに分配するか、そして添加によって炭素ネットワークが破壊されるかどうかを決定することにあるからです。
マグネトロン-でスパッタリングされたタングステン（W）ターゲットをグラファイト ターゲット、アセチレン、メタン、その他の炭素プラズマなどの炭素源-と組み合わせて使用すると、タングステン含有量を低く維持することが比較的容易になり、微細な W-C 構造またはナノ-炭化物として DLC マトリックス内に分散できるようになります。
このようにして、タングステンは耐荷重能力を高めて応力を軽減する役割を果たし、同時に炭素ネットワークは連続的なままとなり、低摩擦特性が確実に維持されます。-
マルチ アーク プロセスでタングステン (W) ソースを使用する場合、タングステン金属イオンのフラックスが非常に激しくなり、局所的なタングステン含有量が過剰に高くなりやすくなります。
タングステンのレベルが高いと、大量の WC または W2C 相の形成が促進される傾向があり、炭素が炭化物構造に効果的に閉じ込められます。その結果、得られるコーティングは、低摩擦 DLC コーティングではなく、タングステン - 含有炭化物複合硬質コーティングになる可能性があります。-。
言い換えれば、マルチ アーク蒸着でタングステン ソースを使用することは確かに可能ですが、タングステン含有量を制御する範囲は狭く、管理がより困難です。-さらに、表面微粒子と炭素ネットワークの連続性に細心の注意を払う必要があります。
マルチ アーク W はどこに配置するのが適していますか?{0}}
W-DLC の場合、マルチ アーク W- を、W- コンテンツの高い DLC のレイヤー全体を作成するために直接使用するのではなく、「拡張レイヤー」または「移行レイヤー」のツールとして理解することを好みます。
たとえば、基板の近くで W または WC 遷移層を使用すると、耐荷重性と接合性を向上させることができます。{0} W-C の勾配を中央に作成して、金属から炭素への段階的な移行を可能にすることができます。ほとんどの表面には炭素が豊富な DLC が維持されており、低摩擦と耐粘着性を確保しています。{2}
この設計は、モノリシックなタングステン (W) 層を使用するよりも合理的です。
目的が低摩擦 DLC ではなく、W、WC、または W-C の高-硬度、耐摩耗性-層である場合、マルチ アーク アプローチも価値があります。-これは、マルチ アーク蒸着により高エネルギーの金属イオンが生成され、-強力な付着力を備えた緻密なコーティングが得られるためです。-堅牢で耐摩耗性の高い層を作成するのに最適です。-
ただし、クライアントが非常に滑らかな表面、最小限の微粒子、および低い摩擦係数を必要とする場合、タングステンのマルチ アーク蒸着のみに依存する場合は注意が必要です。{0}
W-DLC コーティング-を製造する場合、特に低摩擦、固着防止特性、-滑りコンポーネント、または滑らかな金型表面に重点を置いている場合は、マグネトロン スパッタリングまたは HiPIMS を使用してタングステン (W) コンポーネントを堆積し、堆積用の炭素源と組み合わせて使用することを優先します。-このアプローチにより、タングステン含有量をより適切に制御できるようになり、コーティング表面がより微細になり、炭素ネットワーク構造を維持しやすくなります。
より厚く、より高い耐荷重能力を備え、強力な接着力を必要とする W-C 遷移層を生成する必要がある場合は、マルチ アーク W ソース、またはマルチ アークとマグネトロン スパッタリングを組み合わせたハイブリッド ソースの使用を検討してください。-
純粋な W または WC- タイプの耐摩耗性層の製造を目的とする場合、-マルチ アーク法もオプションとなりますが、粒子、内部応力、ターゲット表面のアブレーション、表面粗さなどの課題に対処する準備ができている必要があります。
したがって、結論は単純です。
タングステン (W) コーティングは、マグネトロン スパッタリングだけでなく、マルチ アーク イオン プレーティングによっても生成できます。-
ただし、マグネトロン スパッタリングは、タングステン含有量を正確に制御し、微粒子を最小限に抑えた表面を実現するのに適しています。一方、マルチ アーク メッキは、高イオン化、強力な付着力、高耐荷重性を特徴とする W または W- 遷移層の作成に優れています。-最適なアプローチには、多くの場合、一方の方法を選択するのではなく、ハイブリッド戦略が含まれます。つまり、表面に低摩擦の DLC カーボン層を維持しながら、ベースにタングステン層を使用して耐荷重能力を向上させます。-
