پوشش‌هاي نانو‌ساختار فوق سخت با روش رسوب‌دهي فيزيكي بخار

Super-hard nanostructured coatings by physical vapor deposition method

علي‌رغم كاربرد وسيعي كه پوشش دهي به روش رسوب فيزيكي بخار در صنايع مختلف پيدا كرده است، همچنان يكي از مهمترين چالش‌ها دستيابي به پوشش فوق سخت به كمك اين روش است. تاكنون تحقيقات متنوعي جهت رسيدن به اين هدف صورت پذيرفته است. يكي از مهم ترين روشهايي كه رسيدن به اين هدف را تا حد زيادي ممكن كرده است ايجاد پوشش هاي نانوساختار يا نانوپوشش مي‌باشد. بررسي هاي انجام گرفته بر روي نانوپوشش ها نشان مي دهد كه خواص آن ها در بسياري موارد نسبت به پوشش هاي معمولي بهبود چشمگيري دارد. نانوپوشش ها در مقايسه با پوشش هاي ميكرومتري از ضريب انبساط حرارتي، سختي و چقرمگي بالاتر و همچنين مقاومت بيشتر در برابر خوردگي، سايش و فرسايش برخوردار هستند. تاكنون عمده تحقيقات انجام شده بر روي نانوپوشش ها مربوط به پوشش هاي با سختي بالا و فوق سخت بوده است. پوشش هاي فوق سخت پوشش هايي هستند كه سختي آن ها بيشتر از 40 گيگا پاسكال است. دستيابي به نانو پوشش به روش PVD نياز به كنترل بسيار دقيق پارامترهاي فرايند مانند دماي زيرلايه، سرعت لايه نشاني، فشار محفظه، شدت جريان قوس كاتدي، ولتاژ باياس و غيره دارد بطوريكه براي هر پوشش خاص مقدار پارامترها متفاوت است. پوشش هاي نانوساختاري كه سبب افزايش سختي به ميزان چشمگيري ميشوند شامل دو دسته ابرشبكه ها و نانوكامپوزيت ها مي باشند. در اين تحقيق به معرفي اين دو نوع از پوشش ها، خواص آنها و مكانيزم اثر آنها پرداخته مي‌شود.

Despite the wide application that the physical vapor deposition method has found in various industries, one of the most important challenges is to achieve ultra-hard coating with the help of this method. So far, various researches have been done to achieve this goal. One of the most important methods that has made it possible to achieve this goal is the creation of nanostructured coatings or nano-coatings. Investigations conducted on nano-coatings show that their properties are significantly improved in many cases compared to conventional coatings. Compared to micrometer coatings, nano-coatings have a higher thermal expansion coefficient, hardness and toughness, as well as greater resistance to corrosion, wear and erosion. So far, most of the research done on nano-coatings has been related to high hardness and super hard coatings. Ultra-hard coatings are coatings whose hardness is greater than 40 GPa. Achieving nano-coating by PVD method requires very precise control of process parameters such as substrate temperature, deposition speed, chamber pressure, cathodic arc current intensity, bias voltage, etc., so that the values of the parameters are different for each specific coating. Nanostructured coatings that cause a significant increase in hardness include superlattices and nanocomposites. In this research, these two types of coatings are introduced.