En termes de principes PVD, le tungstène (W) peut être déposé à l'aide de diverses méthodes, telles que la pulvérisation magnétron, le placage ionique multi-arc, HiPIMS ou le dépôt assisté par-faisceau d'ions-. La vraie question est : quelle est l’application prévue du tungstène ? Cherchez-vous à créer une couche de tungstène pur, du carbure de tungstène (WC), un dopant mineur dans un revêtement W-DLC ou une couche de transition à haute-charge-porteuse ?
La méthode la plus adaptée varie en fonction de l'objectif.
Le plus grand avantage de la pulvérisation magnétron pour W est « un contrôle facile »
La cible W est une cible conductrice et peut être utilisée pour la pulvérisation magnétron. Les ions Ar bombardent la cible W, éliminent les atomes W, puis les déposent à la surface de la pièce.
Les avantages de l’utilisation de la pulvérisation magnétron pour déposer du tungstène (W) sont évidents : moins de particules, une surface de film lisse et une composition facilement contrôlable. Cette méthode est particulièrement bien-adaptée aux revêtements W-DLC, où un contrôle précis de la teneur en tungstène est requis.
Dans W-DLC, le tungstène n'est généralement pas le principal composant fonctionnel. Le réseau de carbone est ce qui fournit réellement des propriétés de faible-friction ; le tungstène sert à régler les contraintes internes, à améliorer la capacité portante - et à améliorer la stabilité des films plus épais. Cependant, l'ajout de trop de tungstène perturbe la caractéristique du réseau de carbone à faible friction - du DLC.
Par conséquent, W-DLC a très peur que le contenu W ne devienne incontrôlable.
C’est là que réside l’avantage de la pulvérisation magnétron. Vous pouvez amener lentement la teneur en W vers la fenêtre cible en ajustant la puissance cible en W, le débit de la source de carbone, la tension de polarisation et la pression atmosphérique. Par exemple, si vous comparez un W faible, un W moyen et un W élevé, les tendances en matière de friction, de dureté et de contrainte sont clairement visibles.
Par conséquent, la pulvérisation magnétron est une voie très courante et stable pour le dopage fin W, la couche de transition W-C et la couche principale W-DLC.
Le placage ionique à arcs multiples peut être utilisé pour le tungstène (W), mais il présente de plus grands défis.
Il n'est pas impossible de traiter le tungstène à l'aide d'un placage ionique multi-arc.
Les points d'arc dans les processus à arc cathodique possèdent une énergie extrêmement élevée ; en théorie, ils peuvent vaporiser une large gamme de métaux à -point de fusion-élevé, y compris des métaux réfractaires comme le W, le Mo et le Ta. Le fait que le tungstène ait un point de fusion élevé ne signifie pas qu’il ne peut pas être vaporisé par le point d’arc.
Cependant, ce n’est pas parce que cela est possible que cela est facile à réaliser.
Le tungstène (W) est un matériau caractérisé par un point de fusion élevé et une dureté élevée ; par conséquent, les processus tels que l'usinage des cibles, le serrage, le refroidissement et le maintien de la stabilité de l'allumage de l'arc sont plus difficiles qu'avec des cibles standard en titane (Ti) ou en chrome (Cr).
Lors de l'utilisation du dépôt multi-arc pour le tungstène, une attention particulière doit être accordée au mouvement des points d'arc, à l'ablation de la surface cible, à la surchauffe localisée, à la formation de particules et à la rugosité de la surface du film.
Les caractéristiques du multi-arc sont un taux d'ionisation élevé des métaux, une forte énergie de dépôt et une bonne force de liaison, mais il est également facile d'amener des gouttelettes et de grosses particules.
Pour les cibles à arc classiques telles que Ti et Cr, les particules constituent déjà un problème courant dans les arcs multiples. S'il est remplacé par un matériau à point de fusion élevé tel que W, l'état du point d'arc et l'ablation de la surface cible ne sont pas bien contrôlés et des défauts de surface du film peuvent également être évidents.
Par conséquent, bien que la technologie multi-arc puisse être utilisée pour déposer du tungstène (W), elle est mieux adaptée aux applications nécessitant un bombardement intense d'ions métalliques, une adhérence élevée et le renforcement des couches de transition ou-porteuses ; il n'est pas nécessairement idéal pour produire les couches de surface W-DLC hautement raffinées qui exigent de faibles niveaux de particules et un contrôle précis de la teneur en tungstène.
Pourquoi de plus en plus de personnes préfèrent-elles la pulvérisation magnétron lors de la production de W-DLC ?
Parce que la clé du W-DLC ne réside pas simplement dans "l'incorporation de tungstène", mais dans la détermination de la quantité à ajouter, où le distribuer et si l'ajout perturbe le réseau de carbone.
En utilisant une cible magnétron-en tungstène pulvérisé (W) en conjonction avec une source de carbone-telle qu'une cible en graphite, de l'acétylène, du méthane ou un autre plasma de carbone-il est relativement facile de maintenir une faible teneur en tungstène, lui permettant de se disperser dans la matrice DLC sous forme de fines structures W-C ou de nano-carbures.
De cette manière, le tungstène sert à améliorer-la capacité portante et à réduire les contraintes, tandis que le réseau de carbone reste continu, garantissant ainsi la préservation des propriétés de faible-friction.
Lors de l'utilisation d'une source de tungstène (W) dans un processus multi-arc, le flux d'ions métalliques tungstène peut être assez intense, ce qui permet facilement à la teneur locale en tungstène de devenir excessivement élevée.
Des niveaux élevés de tungstène ont tendance à favoriser la formation de quantités importantes de phases WC ou W₂C, bloquant efficacement le carbone dans les structures en carbure. Par conséquent, le revêtement résultant peut se transformer en un revêtement dur composite en carbure de tungstène- plutôt qu'en un revêtement DLC à faible-friction.
En d'autres termes, s'il est certainement possible d'utiliser une source de tungstène dans un dépôt multi-arc, la fenêtre de contrôle de la teneur en tungstène est plus étroite et plus difficile à gérer ; par ailleurs, une attention particulière doit être portée aux particules de surface et à la continuité du réseau carbone.
Où le multi-arc W est-il le mieux adapté pour être placé ?
S'il s'agit de W-DLC, je préfère comprendre le multi-arc W comme un outil de "couche d'amélioration" ou de "couche de transition", plutôt que de l'utiliser directement pour créer une couche entière de DLC à contenu W- élevé.
Par exemple, à proximité du substrat, une couche de transition W ou WC peut être utilisée pour améliorer la portance et la liaison ; un gradient W-C peut être réalisé au milieu pour permettre une transition progressive du métal au carbone ; la plupart des surfaces conservent toujours du DLC riche en carbone-pour garantir une faible friction et une anti-adhérence.
Cette conception est plus rationnelle que l’utilisation d’une couche monolithique de tungstène (W).
Si l'objectif n'est pas un DLC à faible-friction mais plutôt une couche-de dureté élevée et résistante à l'usure-de W, WC ou W-C, l'approche multi-arc est également intéressante. En effet, le dépôt multi-arc génère des ions métalliques à haute-énergie, ce qui donne lieu à des revêtements denses avec une forte adhérence-idéale pour créer des couches robustes-résistantes à l'usure.
Cependant, si le client a besoin d'une surface exceptionnellement lisse, d'un minimum de particules et d'un faible coefficient de friction, il convient de faire preuve de prudence lorsqu'on s'appuie uniquement sur un dépôt multi-arc pour le tungstène.
Si vous produisez des revêtements W-DLC-en particulier lorsque l'accent est mis sur une faible friction, des-propriétés antiadhésives, des composants coulissants ou des surfaces de moule lisses-donnez la priorité à l'utilisation de la pulvérisation magnétron ou de HiPIMS pour déposer le composant de tungstène (W), combinée à une source de carbone pour le dépôt. Cette approche permet un meilleur contrôle de la teneur en tungstène, aboutit à une surface de revêtement plus fine et facilite la préservation de la structure du réseau de carbone.
Si vous devez produire une couche de transition W-C plus épaisse, offrant une capacité portante -plus élevée et nécessitant une forte adhérence, vous pouvez envisager d'utiliser une source W multi-arc ou une source hybride combinant une pulvérisation multi-arc et magnétron.
Si vous souhaitez produire des couches pures résistantes à l'usure de type W ou WC-, la méthode multi-arc est également une option, même si vous devez être prêt à faire face à des défis tels que les particules, les contraintes internes, l'ablation de la surface cible et la rugosité de la surface.
La conclusion est donc simple :
Les revêtements de tungstène (W) peuvent être produits non seulement par pulvérisation magnétron, mais également par placage ionique multi-arc.
Cependant, la pulvérisation magnétron est mieux adaptée pour contrôler avec précision la teneur en tungstène et obtenir une surface avec un minimum de particules, tandis que le placage multi-arc est supérieur pour créer des couches de transition W ou W-C caractérisées par une ionisation élevée, une forte adhérence et une capacité portante élevée-. L'approche optimale implique souvent une stratégie hybride plutôt que de choisir une méthode plutôt qu'une autre : utiliser une couche de tungstène à la base pour améliorer la capacité portante-tout en conservant une couche de carbone DLC à faible-friction sur la surface.
