En términos de principios de PVD, el tungsteno (W) se puede depositar mediante varios métodos, como la pulverización catódica con magnetrón, el revestimiento de iones multi-arco, HiPIMS o la deposición asistida por-haz de iones-. La verdadera pregunta es: ¿cuál es la aplicación prevista para el tungsteno? ¿Está buscando crear una capa de tungsteno puro, carburo de tungsteno (WC), un dopante menor dentro de un recubrimiento W-DLC o una capa de transición con alta-carga-?
El método más adecuado varía según el objetivo.
La mayor ventaja de la pulverización catódica con magnetrón para W es su "fácil control".
El objetivo W es un objetivo conductor y se puede utilizar para pulverización catódica con magnetrón. Los iones de Ar bombardean el objetivo W, eliminan los átomos de W y luego los depositan en la superficie de la pieza de trabajo.
Las ventajas de utilizar la pulverización catódica con magnetrón para depositar tungsteno (W) son claras: menos partículas, una superficie de película suave y una composición fácilmente controlable. Este método es particularmente-adecuado para recubrimientos W-DLC, donde se requiere un control preciso sobre el contenido de tungsteno.
En W-DLC, el tungsteno generalmente no es el componente funcional principal. La red de carbono es lo que realmente proporciona propiedades de baja-fricción; El tungsteno sirve para ajustar la tensión interna, mejorar la capacidad de carga-y mejorar la estabilidad de películas más gruesas. Sin embargo, agregar demasiado tungsteno altera la característica de la red de carbono de baja-fricción del DLC.
Por lo tanto, W-DLC tiene mucho miedo de que el contenido de W se salga de control.
Aquí radica el beneficio de la pulverización catódica con magnetrón. Puede llevar lentamente el contenido de W a la ventana objetivo ajustando la potencia objetivo de W, el caudal de la fuente de carbono, el voltaje de polarización y la presión del aire. Por ejemplo, si se compara W bajo, W medio y W alto, se pueden ver claramente las tendencias en fricción, dureza y tensión.
Por lo tanto, la pulverización catódica con magnetrón es una ruta muy común y estable para el dopaje W fino, la capa de transición W-C y la capa principal W-DLC.
El revestimiento iónico de arco múltiple se puede utilizar para el tungsteno (W), pero presenta mayores desafíos.
No es imposible procesar tungsteno utilizando placas de iones multi-arco.
Los puntos de arco en los procesos de arco catódico poseen una energía extremadamente alta; En teoría, pueden vaporizar una amplia gama de metales-de alto punto de fusión-, incluidos metales refractarios como W, Mo y Ta. El hecho de que el tungsteno tenga un alto punto de fusión no significa que no pueda ser vaporizado por el punto del arco.
Sin embargo, sólo porque sea posible no significa que sea fácil de lograr.
El tungsteno (W) es un material caracterizado por un alto punto de fusión y alta dureza; en consecuencia, procesos como el mecanizado de objetivos, la sujeción, el enfriamiento y el mantenimiento de la estabilidad del encendido del arco son más desafiantes que con los objetivos estándar de titanio (Ti) o cromo (Cr).
Cuando se utiliza la deposición de arco múltiple para tungsteno, se debe prestar especial atención al movimiento del punto del arco, la ablación de la superficie objetivo, el sobrecalentamiento localizado, la formación de partículas y la rugosidad de la superficie de la película.
Las características del arco múltiple-son una alta tasa de ionización de metales, una fuerte energía de deposición y una buena fuerza de unión, pero también es fácil que atraigan gotas y partículas grandes.
Para objetivos de arco convencionales como Ti y Cr, las partículas ya son un problema común en múltiples arcos. Si se reemplaza por un material de alto punto de fusión como W, el estado del punto de arco y la ablación de la superficie objetivo no están bien controlados y los defectos de la superficie de la película también pueden ser obvios.
Por lo tanto, si bien la tecnología multi-arco se puede utilizar para depositar tungsteno (W), es más adecuada para aplicaciones que requieren un intenso bombardeo de iones metálicos, alta adhesión y refuerzo de capas de transición o-portantes de carga; no es necesariamente ideal para producir las capas superficiales W-DLC altamente refinadas que exigen bajos niveles de partículas y un control preciso sobre el contenido de tungsteno.
¿Por qué cada vez más personas prefieren la pulverización catódica con magnetrón cuando producen W-DLC?
Porque la clave del W-DLC no radica simplemente en "incorporar tungsteno", sino en determinar cuánto agregar, dónde distribuirlo y si la adición altera la red de carbono.
Al utilizar un objetivo de tungsteno (W) pulverizado con magnetrón-junto con una fuente de carbono-como un objetivo de grafito, acetileno, metano u otro plasma de carbono-es relativamente fácil mantener un contenido bajo de tungsteno, lo que le permite dispersarse dentro de la matriz DLC como estructuras finas de W-C o nano-carburos.
De esta manera, el tungsteno sirve para mejorar-la capacidad de carga y reducir la tensión, mientras que la red de carbono permanece continua, lo que garantiza que se conserven las propiedades de baja-fricción.
Cuando se utiliza una fuente de tungsteno (W) en un proceso de arco múltiple, el flujo de iones metálicos de tungsteno puede ser bastante intenso, lo que facilita que el contenido local de tungsteno se vuelva excesivamente alto.
Los niveles altos de tungsteno tienden a promover la formación de cantidades significativas de fases WC o W₂C, bloqueando efectivamente el carbono en estructuras de carburo. En consecuencia, el recubrimiento resultante puede terminar como un recubrimiento duro compuesto de carburo que contiene tungsteno-en lugar de un recubrimiento DLC de baja-fricción.
En otras palabras, si bien es ciertamente posible utilizar una fuente de tungsteno en la deposición de múltiples-arcos, la ventana para controlar el contenido de tungsteno es más estrecha y más difícil de gestionar; además, se debe prestar mucha atención a las partículas superficiales y a la continuidad de la red de carbono.
¿Dónde es más adecuado colocar el multi-arco W?
Si se trata de W-DLC, prefiero entender el multi-arc W como una herramienta para una "capa de mejora" o una "capa de transición", en lugar de usarlo directamente para crear una capa completa de DLC con alto contenido de W-.
Por ejemplo, cerca del sustrato, se puede utilizar una capa de transición W o WC para mejorar-la capacidad de carga y la unión; se puede hacer un gradiente de W-C en el medio para permitir una transición gradual del metal al carbono; la mayor parte de la superficie aún mantiene DLC rico en carbono-para garantizar una baja fricción y anti-adhesión.
Este diseño es más racional que utilizar una capa monolítica de tungsteno (W).
Si el objetivo no es DLC de baja-fricción sino más bien una capa de alta-dureza y resistente al desgaste-de W, WC o W-C, el enfoque multi-también es valioso. Esto se debe a que la deposición de múltiples-arcos genera iones metálicos de alta-energía, lo que da como resultado recubrimientos densos con una fuerte adhesión-ideal para crear capas robustas y-resistentes al desgaste.
Sin embargo, si el cliente requiere una superficie excepcionalmente lisa, un mínimo de partículas y un bajo coeficiente de fricción, se debe tener cuidado al confiar únicamente en la deposición de múltiples arcos para el tungsteno.
Si está produciendo recubrimientos W-DLC-particularmente donde la atención se centra en la baja fricción, las propiedades anti-adherentes, los componentes deslizantes o las superficies lisas del molde-priorice el uso de pulverización catódica con magnetrón o HiPIMS para depositar el componente de tungsteno (W), combinado con una fuente de carbono para la deposición. Este enfoque permite un mejor control sobre el contenido de tungsteno, da como resultado una superficie de recubrimiento más fina y facilita la conservación de la estructura de la red de carbono.
Si necesita producir una capa de transición W-C que sea más gruesa, ofrezca una mayor capacidad de carga-y requiera una fuerte adhesión, podría considerar el uso de una fuente W de arco múltiple o una fuente híbrida que combine pulverización catódica de magnetrón y arco múltiple.
Si su objetivo es producir capas resistentes al desgaste-tipo W o WC puro-, el método de arco múltiple también es una opción, aunque debe estar preparado para afrontar desafíos como partículas, tensión interna, ablación de la superficie objetivo y rugosidad de la superficie.
Por tanto, la conclusión es sencilla:
Los recubrimientos de tungsteno (W) se pueden producir no solo mediante pulverización catódica con magnetrón, sino también mediante revestimiento de iones de arco múltiple.
Sin embargo, la pulverización catódica con magnetrón es más adecuada para controlar con precisión el contenido de tungsteno y lograr una superficie con un mínimo de partículas, mientras que el revestimiento de arco múltiple es superior para crear capas de transición W o W-C caracterizadas por una alta ionización, una fuerte adhesión y una alta capacidad de carga-. El enfoque óptimo a menudo implica una estrategia híbrida en lugar de elegir un método sobre el otro: usar una capa de tungsteno en la base para mejorar la capacidad de carga-y al mismo tiempo retener una capa de carbono DLC de baja-fricción en la superficie.
