Plasma och tunnfilm - så påverkar applikationen egenskaperna

2006-06-02

Med en beläggning - en tunn film - av metall eller annat ämne kan ett föremåls egenskaper förändras radikalt. Idag används tunnfilmsteknik bland annat på vassa verktyg för att öka slitstyrkan. Lars-Erik Gustavsson har i sitt avhandlingsarbete studerat hur filmen läggs på materialet med hjälp av ett högaktivt plasma och hur det påverkar filmegenskaperna. Avhandlingen försvarar han den 7 juni i Ångströmlaboratoriet.

Med en tunn beläggning på en yta kan man tillföra eller förändra egenskaperna hos ett föremål. Ett exempel är titannitridbeläggningar på skärande verktyg. Dessa beläggningar ökar slitstyrkan hos verktygen. För att åstadkomma sådana beläggningar används ofta plasma. Plasman gör det möjligt att öka produktiviteten, att sänka kostnaderna och tillåter nya kombinationer av film och substratmaterial - det material som filmen appliceras på. Plasma med hög densitet, dvs. med hög andel laddade partiklar, tillåter att filmegenskaperna kan styras. I sin avhandling har Lars-Erik Gustavsson studerat filmer framställda med hjälp av nya högdensitetsplasmakällor utvecklade av Plasmagruppen vid Ångströmlaboratoriet. Syftet har varit att öka förståelsen för hur filmen läggs på materialet - den så kallade deponeringsprocessen - och dess inverkan på filmegenskaperna. Den största delen av avhandlingen är ägnad åt titannitridfilmer belagda på olika typer av substrat. Dessa filmer hade mycket hög hårdhet tack vare sin mikrostruktur och var deponerade med avsevärt högre hastighet än filmer deponerade med konventionella metoder. Lars-Erik Gustavsson visar att deponeringsprocessen påverkas, och därmed filmens egenskaper, av vilket substratmaterial som används. Han visar bland annat att magnetiska substrat i ett magnetiserat deponeringssystem leder till ett ökat jonbombardemang av filmen när den byggs upp på substratet. Det påverkar filmens mikrostruktur och ökar temperaturen i substratet. Han visar också att denna effekt kan balanseras genom att applicera en elektrisk spänning på substratet. Dessutom har Lars-Erik Gustavsson tillsammans med sina handledare utvecklat en snabbdeponeringsmetod för hårda, kristallina krom- och kromnitridfilmer. Tillämpningarna för kromfilmer är bland annat att öka nötnings- och korrosionsmotståndet på verktyg och maskindelar. Traditionellt görs det med kromplätering, en våt elektrolytisk metod. Eftersom denna metod använder sexvärt krom, som är cancerogent, måste hälso- och miljövänliga metoder ersätta den traditionella. Lars-Erik Gustavssons arbete bidrar till att göra detta möjligt. För mer information, kontakta Lars-Erik Gustavsson på 018-471 72 45 eller Lars-Erik.Gustavsson@angstrom.uu.se