Dalam kaitannya dengan prinsip PVD, tungsten (W) dapat diendapkan menggunakan berbagai metode, seperti sputtering magnetron, pelapisan ion multi-arc, HiPIMS, atau deposisi-berkas-berbantuan ion. Pertanyaan sebenarnya adalah: apa tujuan penggunaan tungsten? Apakah Anda ingin membuat lapisan tungsten murni, tungsten karbida (WC), dopan kecil dalam lapisan W-DLC, atau lapisan transisi-beban-tinggi?
Metode yang paling sesuai bervariasi tergantung pada tujuannya.
Keuntungan terbesar dari sputtering magnetron untuk W adalah "kontrol yang mudah"
Target W adalah target konduktif dan dapat digunakan untuk sputtering magnetron. Ion ar membombardir target W, melumpuhkan atom W, dan kemudian menyimpannya di permukaan benda kerja.
Keuntungan menggunakan magnetron sputtering untuk menyimpan tungsten (W) jelas: partikulat lebih sedikit, permukaan film halus, dan komposisi mudah dikontrol. Metode ini sangat-cocok untuk pelapis W-DLC, yang memerlukan kontrol presisi terhadap kandungan tungsten.
Dalam W-DLC, tungsten umumnya bukan komponen fungsional utama. Jaringan karbon inilah yang sebenarnya memberikan-sifat gesekan rendah; tungsten berfungsi untuk menyesuaikan tegangan internal, meningkatkan kapasitas menahan beban, dan meningkatkan stabilitas film yang lebih tebal. Namun, menambahkan terlalu banyak tungsten akan mengganggu-karakteristik jaringan karbon gesekan rendah DLC.
Oleh karena itu, W-DLC paling takut jika konten W menjadi tidak terkendali.
Di sinilah letak manfaat sputtering magnetron. Anda dapat secara perlahan membawa konten W ke jendela target dengan menyesuaikan daya target W, laju aliran sumber karbon, tegangan bias, dan tekanan udara. Misalnya, jika Anda membandingkan W rendah, W sedang, dan W tinggi, tren gesekan, kekerasan, dan tegangan dapat terlihat dengan jelas.
Oleh karena itu, sputtering magnetron adalah rute yang sangat umum dan stabil untuk doping W halus, lapisan transisi W-C, dan lapisan utama W-DLC.
Pelapisan ion multi-arc dapat digunakan untuk tungsten (W), namun hal ini menimbulkan tantangan yang lebih besar.
Bukan tidak mungkin memproses tungsten menggunakan pelapisan ion multi-arc.
Titik busur dalam proses busur katodik memiliki energi yang sangat tinggi; secara teoritis, bahan-bahan tersebut dapat menguapkan berbagai macam logam-titik leleh-tinggi, termasuk logam tahan api seperti W, Mo, dan Ta. Fakta bahwa tungsten memiliki titik leleh yang tinggi bukan berarti tungsten tidak dapat diuapkan oleh titik busur.
Namun, hanya karena hal tersebut memungkinkan bukan berarti hal tersebut mudah untuk dicapai.
Tungsten (W) adalah material yang memiliki titik leleh tinggi dan kekerasan tinggi; akibatnya, proses seperti pemesinan target, penjepitan, pendinginan, dan menjaga stabilitas penyalaan busur lebih menantang dibandingkan dengan target titanium (Ti) atau kromium (Cr) standar.
Saat menggunakan deposisi multi-busur untuk tungsten, perhatian khusus harus diberikan pada pergerakan titik busur, ablasi permukaan target, panas berlebih yang terlokalisasi, pembentukan partikel, dan kekasaran permukaan film.
Ciri-ciri multi-arc adalah laju ionisasi logam yang tinggi, energi deposisi yang kuat, dan daya rekat yang baik, namun juga mudah memunculkan tetesan dan partikel berukuran besar.
Untuk target busur konvensional seperti Ti dan Cr, partikel sudah menjadi masalah umum di banyak busur. Jika diganti dengan bahan dengan titik leleh tinggi seperti W, keadaan titik busur dan ablasi permukaan target tidak terkontrol dengan baik, dan cacat permukaan film mungkin juga terlihat jelas.
Oleh karena itu, meskipun teknologi multi-arc dapat digunakan untuk menyimpan tungsten (W), teknologi ini lebih cocok untuk aplikasi yang memerlukan bombardir ion logam secara intensif, daya rekat tinggi, dan penguatan lapisan transisi atau lapisan-yang menahan beban; namun belum tentu ideal untuk memproduksi lapisan permukaan W-DLC yang sangat halus yang memerlukan tingkat partikulat rendah dan kontrol presisi terhadap konten tungsten.
Mengapa lebih banyak orang memilih sputtering magnetron saat memproduksi W-DLC?
Karena kunci W-DLC tidak hanya terletak pada "memasukkan tungsten", namun pada menentukan berapa banyak yang harus ditambahkan, di mana mendistribusikannya, dan apakah penambahan tersebut mengganggu jaringan karbon.
Dengan menggunakan target magnetron-tungsten (W) yang tergagap bersama dengan sumber karbon-seperti target grafit, asetilena, metana, atau plasma karbon lainnya-relatif mudah untuk mempertahankan kandungan tungsten yang rendah, sehingga memungkinkannya tersebar dalam matriks DLC sebagai struktur W-C halus atau nano-karbida.
Dengan cara ini, tungsten berfungsi untuk meningkatkan-kapasitas menahan beban dan mengurangi tekanan, sementara jaringan karbon tetap berkesinambungan, memastikan sifat-gesekan rendah tetap terjaga.
Saat menggunakan sumber tungsten (W) dalam proses multi-busur, fluks ion logam tungsten bisa sangat kuat, sehingga kandungan tungsten lokal mudah menjadi terlalu tinggi.
Tingkat tungsten yang tinggi cenderung mendorong pembentukan fase WC atau W₂C dalam jumlah besar, sehingga secara efektif mengunci karbon ke dalam struktur karbida. Akibatnya, lapisan yang dihasilkan mungkin berakhir sebagai lapisan keras komposit karbida yang mengandung tungsten-dan bukan lapisan DLC dengan gesekan rendah.
Dengan kata lain, meskipun sumber tungsten dapat digunakan dalam deposisi multi-arc, peluang untuk mengontrol konten tungsten lebih sempit dan lebih sulit untuk dikelola; lebih jauh lagi, perhatian khusus harus diberikan pada partikulat permukaan dan kelangsungan jaringan karbon.
Di manakah multi-arc W lebih cocok ditempatkan?
Jika ini adalah DLC W-, saya lebih suka memahami multi-arc W sebagai alat untuk "lapisan penyempurnaan" atau "lapisan transisi", daripada langsung menggunakannya untuk membuat seluruh lapisan DLC konten W-tinggi.
Misalnya, di dekat media, lapisan transisi W atau WC dapat digunakan untuk meningkatkan-penahan beban dan pengikatan; gradien W-C dapat dibuat di tengah untuk memungkinkan transisi bertahap dari logam ke karbon; sebagian besar permukaan masih mempertahankan-DLC kaya karbon untuk memastikan gesekan rendah dan anti-adhesi.
Desain ini lebih rasional dibandingkan menggunakan lapisan tungsten (W) monolitik.
Jika tujuannya bukan DLC-gesekan rendah, melainkan lapisan-kekerasan tinggi,-tahan aus dari W, WC, atau W-C, pendekatan multi-busur juga berguna. Hal ini karena deposisi multi-arc menghasilkan-ion logam berenergi tinggi, sehingga menghasilkan lapisan padat dengan daya rekat kuat-ideal untuk menciptakan lapisan yang kuat-tahan aus.
Namun, jika klien memerlukan permukaan yang sangat halus, partikulat minimal, dan koefisien gesekan yang rendah, klien harus berhati-hati saat hanya mengandalkan deposisi multi{0}}arc untuk tungsten.
Jika Anda memproduksi pelapis W-DLC-khususnya yang fokus pada gesekan rendah, sifat anti-lengket, komponen geser, atau permukaan cetakan halus-prioritaskan penggunaan magnetron sputtering atau HiPIMS untuk menyimpan komponen tungsten (W), dikombinasikan dengan sumber karbon untuk pengendapan. Pendekatan ini memungkinkan kontrol yang lebih baik terhadap kandungan tungsten, menghasilkan permukaan lapisan yang lebih halus, dan mempermudah pelestarian struktur jaringan karbon.
Jika Anda perlu membuat lapisan transisi W-C yang lebih tebal, menawarkan kapasitas menahan beban-yang lebih tinggi, dan memerlukan daya rekat yang kuat, Anda dapat mempertimbangkan untuk menggunakan sumber W-arc W atau sumber hibrid yang menggabungkan sputtering multi-arc dan magnetron.
Jika Anda ingin menghasilkan lapisan-tahan aus-tipe W atau WC murni, metode multi-arc juga merupakan pilihan, meskipun Anda harus siap menghadapi tantangan seperti partikulat, tekanan internal, ablasi permukaan target, dan kekasaran permukaan.
Oleh karena itu, kesimpulannya sederhana:
Pelapisan tungsten (W) dapat diproduksi tidak hanya melalui sputtering magnetron namun juga melalui pelapisan ion multi-arc.
Namun, sputtering magnetron lebih cocok untuk mengontrol kandungan tungsten secara tepat dan menghasilkan permukaan dengan partikulat minimal, sedangkan pelapisan multi-arc lebih unggul untuk membuat lapisan transisi W atau W-C yang ditandai dengan ionisasi tinggi, daya rekat kuat, dan kapasitas menahan beban-tinggi. Pendekatan optimal sering kali melibatkan strategi campuran dibandingkan memilih salah satu metode: menggunakan lapisan tungsten di bagian dasar untuk meningkatkan kapasitas menahan beban sekaligus mempertahankan lapisan karbon DLC dengan gesekan rendah di permukaan.
