Багатошарові покриття WNbN/WNbC, WN/WC та NbN/NbC: стратегія вакуумно-дугового осадження та оцінка мікроструктури
Анотація
Реактивні гази, такі як азот, кисень і гази на основі вуглецю (наприклад, ацетилен), додають до згенерованого плазмового потоку для створення покриттів з хімічних сполук, включаючи нітриди, оксиди і карбіди. Керуванням швидкості додавання газу можна контролювати стехіометричний склад покриття, який впливає на його кристалічну структуру і спектр властивостей. З огляду на це для осадження багатошарових карбідних/нітридних покриттів на основі W і Nb у динамічно мінливій атмосфері газів азоту та ацетилену було використано метод вакуумно-дугового осадження (PVD). Для керування роботою вакуумно-дугових випарників і портів введення газів у вакуумній камері установки використовувався двоканальний пристрій керування «випарник-інжектор». Матеріалом підкладок для осадження покриттів була корозійностійка жароміцна сталь марки 12Х18Н9Т. Катоди W (99,97 мас. %) і Nb (98,2 мас. %) виготовляли механічним розточуванням зливків з відповідних металів, отриманих електронно-променевим переплавом. У роботі описано стратегію осадження вакуумно-дугових багатошарових покриттів WNbN/WNbC, WN/WC і NbN/NbC з нанометровою товщиною шарів і проведено попередню оцінку їхньої мікроструктури. Представлені багатошарові системи ще не вивчені і становлять значний науковий інтерес з точки зору процесу синтезу та експериментального дослідження властивостей.
Завантаження
Посилання
D.M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing; (Elsevier Science & Technology Books: Amsterdam, The Netherlands, 2007).
A. Baptista, F.J.G. Silva, J. Porteiro, J.L. Míguez, and G. Pinto, “Sputtering Physical Vapour Deposition (PVD) Coatings: A Critical Review on Process Improvement and Market Trend Demands,” Coatings, 8, 402 (2018). https://doi.org/10.3390/coatings8110402
Y. Deng, W. Chen, B. Li, C. Wang, T. Kuang, and Y. Li, “Physical vapor deposition technology for coated cutting tools: A review,” Ceram. Int. 46, 18373–18390 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.168
A. Pak, M. Masoudi, and H. Elmkhah, “Effect of ultrasonic peening on the surface properties of nano-layered CrN/CrAlN coating deposited by CAPVD method on D3 tool steel,” Surf. Interfaces, 28, 101618 (2021). https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101618
K.S. Lim, Y.S. Kim, S.H. Hong, G. Song, and K.B. Kim, “Influence of N2 Gas Flow Ratio and Working Pressure on Amorphous Mo–Si–N Coating during Magnetron Sputtering,” Coatings, 10, 34 (2020). https://doi.org/10.3390/coatings10010034
M.R. Alhafian, J.B. Chemin, Y. Fleming, L. Bourgeois, M. Penoy, R. Useldinger, F. Soldera, et al., “Comparison on the Structural, Mechanical and Tribological Properties of TiAlN Coatings Deposited by HiPIMS and Cathodic Arc Evaporation,” Surf. Coat. Technol. 423, 127529 (2021). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127529
B.C.N.M. de Castilho, A.M. Rodrigues, P.R.T. Avila, R.C. Apolinario, T. de Souza Nossa, M. Walczak, et al., “Hybrid Magnetron Sputtering of Ceramic Superlattices for Application in a next Generation of Combustion Engines,” Sci. Rep. 12, 2342 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-06131-9
A. Jacob, Effect of Micro-blasting on Characteristics and Machining Performance of PVD AlTiN Coated Cutting Tools; Master of Technology; (National Institute of Technology: Rourkela, India, 2015).
J.Y. Sheikh-Ahmad, and T. Morita, “Tool coatings for wood machining: Problems and prospects,” For. Prod. J. 52, 43–51 (2002).
S. Grundas, Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral and Organic Materials, (IntechOpen, Rijeka, Croatia, 2011).
K. Holmberg, and A. Mathews, Coatings Tribology—Properties, Mechanisms, Techniques and Application in Surface Engineering, 2nd ed. (Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2009).
I.I. Aksenov, A.A. Andreev, V.A. Belous, V.E. Strelnitsky, and V.M. Khoroshikh, Vacuum Arc: Plasma Sources, Coating Deposition, Surface Modification, (Naukova Dumka, Kyiv, 2012).
X. Li, et al., “Cathodic arc evaporation for hard and decorative coatings: A review.” Surface Engineering, 34(8), 553-570 (2018). https://doi.org/10.1080/02670844.2017.1397537
J.C. Sánchez-López, et al., “A review on superhard nanocomposite coatings: Recent progress and future directions.” Materials Science and Engineering: R: Reports, 91, 1-46 (2015). https://doi.org/10.1016/j.mser.2015.02.001
D. Depla, et al., “Comparison of reactive magnetron sputtering and cathodic arc deposition for the synthesis of TiN and TiAlN thin films.” Thin Solid Films, 519(15), 5047-5054 (2011). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.12.122
B.K. Rakhadilov, O.V. Maksakova, D.B. Buitkenov, M.K. Kylyshkanov, A.D. Pogrebnjak, V.P. Antypenko, Ye.V. Konoplianchenko, “Structural-phase and tribo-corrosion properties of composite Ti3SiC2/TiC MAX-phase coatings: an experimental approach to strengthening by thermal annealing”, Appl. Phys. A, 128, 145 (2022). https://doi.org/10.1007/s00339-022-05277-7
М. Beresnev, S.V. Lytovchenko, O.V. Maksakova, A.D. Pogrebnjak, V.А. Stolbovoy, S.A. Klymenko, and L.G. Khomenko, “Microstructure and high-hardness effect in WN-based coatings modified with TiN and (TiSi)N nanolayers before and after heat treatment: experimental investigation,” High Temperature Material Processes, 25(4), 61–72 (2021). https://doi.org/10.1615/HighTempMatProc.2021041565
O.V. Maksakova, S. Zhanyssov, S.V. Plotnikov, P. Konarski, P. Budzynski, A.D. Pogrebnjak, V.M. Beresnev, et al., “Microstructure and tribomechanical properties of multilayer TiZrN/TiSiN composite coatings with nanoscale architecture by cathodic-arc evaporation,” J. Mater. Sci. 56, 5067–5081 (2021). https://doi.org/10.1007/s10853-020-05606-2
C. Ducros, and F. Sanchette, “Multilayered and nanolayered hard nitride thin films deposited by cathodic arc evaporation. Part 2: Mechanical properties and cutting performances,” Surface and Coatings Technology, 201(3-4), 1045-1052 (2006). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.01.029
Y.X. Ou, J. Lin, S. Tong, W.D. Sproul, and M.K. Lei, “Structure, adhesion and corrosion behavior of CrN/TiN superlattice coatings deposited by the combined deep oscillation magnetron sputtering and pulsed dc magnetron sputtering,” Surf. Coat. Technol. 293, 21–27 (2016). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.10.009
I.V. Serdiuk, V.O. Stolbovyi, A.V. Dolomanov, and V.M. Domnich, “Modernization of Vacuum-Arc Deposition Technology of Multilayer Nanostructured Coatings,” Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 44(4), 547–563 (2022). (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/mfint.44.04.0547
J. Xu, T. He, L. Chai, L. Qiao, P. Wang, and W. Liu, “Growth and characteristics of self-assembled MoS2/Mo-S-C nanoperiod multilayers for enhanced tribological performance,” Sci. Rep. 6, 25378 (2016). https://doi.org/10.1038/srep25378
K. Järrendahl, I. Ivanov, J.-E. Sundgren, G. Radnóczi, Z. Czigany, and J.E. Greene, “Microstructure evolution in amorphous Ge/Si multilayers grown by magnetron sputter deposition,” J. Mater. Res. 12, 1806–1815 (1997). https://doi.org/10.1557/JMR.1997.0249
C. Cancellieri, E. Klyatskina, M. Chiodi, J. Janczak-Rusch, and L.P.H. Jeurgens, “The Effect of interfacial Ge and RF-bias on the microstructure and stress evolution upon annealing of Ag/AlN multilayers,” Appl. Sci. 8, 2403 (2018). https://doi.org/10.3390/app8122403
Авторське право (c) 2025 О.В. Максакова, В.М. Береснев, С.В. Литовченко, Д.В. Горох, Б.О. Мазілін, І.О. Afanasieva, М. Чапловичова, Мартин Сахул, В.А. Столбовой
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
