Закономерности формирования структуры и свойств пленок тугоплавких соединений

  • А. В. Агулов ДДМА
  • А. А. Гончаров Сумський державний університет
  • А. И. Бажин Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
  • Л. В. Васильева ДДМА
  • С. А. Гончарова ДДМА
  • В. А. Ступак ДДМА

Анотація

Проведений аналіз формування плівкових покриттів на основі нитридів, карбідів і боридів перехідних металів залежно від умов синтезу. Виявлені загальні закономірності синтезу тон­ких плівок даного класу з’єднань - формування аксіальної текстури і стовпчастої структури. Проведений аналіз фізико-механічних характеристик нитридів, карбідів і боридів перехідних металів залежно від їх структурного стану. Показана залежність отримуваної структури від умов осадження покриттів, а також взаємозв’язок між структурою покриття і його фізико-механічними характеристиками.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

А. В. Агулов, ДДМА
Аспірант
А. А. Гончаров, Сумський державний університет
Професор
А. И. Бажин, Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
Професор
Л. В. Васильева, ДДМА
Н. с.
С. А. Гончарова, ДДМА
Н. с.
В. А. Ступак, ДДМА
Аспірант

Посилання

1. Стрельницкий В. Е. Плёнки алмазоподобного углерода / В. Е. Стрельницкий, И. И. Аксёнов - Харьков: ИПП «Контраст», 2006. - 344 с.

2. Калиниченко А. И. Возникновение и роль сжимающих напряжений при Бонном осаждении Та-С покритий / А. И. Калиниченко, С. С. Перепелки, В. Е. Стрельницкий // Сборник докладов Харьковской нанотехни¬ческой ассамблеи. Харьков, 2006. С. 179- 181.

3. Калиниченко А. И. Термодинамические свойства нелокальных тепловых пиков и их влияние на кинетические процессы в некоторых конструкционных материалах / А. И. Калиниченко, С. С. Перепелки, В. Е. Стрельницкий // Сборник докладов Харьковской нанотехнической ассамблеи. Харьков, 2006. - С. 277-279.

4. Surdgren J.-E. Structure and properties of TiN coatings / J.-E. Surdgren // Thin Solid Films. - 1985. - Vol. 128. - P. 21-44.

5. Козьма А. А. Структура и напряжённое состояние покрытий, полученных распылением карбида вольфрама в тлеющем разряде / А. А. Козьма, С. В. Малыхин, О. В. Соболь // ФММ. - 1999. - Т. 87, № 3. - С. 30-33.

6. Musil J. Plasma surface Engineering and its Practical Applications / J. Musil, P. Bavoch, P. Zeman // Research signpost Publisher USA, 2007. - P. 463.

7. Береснев В. М. О фрикционных свойствах износостойких вакуумно-плазменых покрытий на основе нитрида титана / В. М. Бе¬реснев, М. С. Борушко, А. П. Лобченко // Электрон. обраб. материалов. - 1981. - № 3. - С. 22-24.

8. Kant R. A. Adherent TiN films produced by ion beam inhanced deposited at room temperature / R. A. Kant, B. D. Sartwell, L. L. Sirger, R. G. Vardiman // Nucl. Instr. and Meth. Res. - 1985. - Vol. 7/8. - P. 515-519.

9. Nowak R. Surface deformation and electrical properties of HfN thin films deposited by reactive sputtering / R. Nowak, S. Maruno // Material Science and Engineering. - A 202. - 1995. - P. 226-237.

10. Кунченко Ю. В Слоистые Ti-Cr-N-покрытия получаемые методом вакуумно-дугового осаждения / Ю. В. Кунченко, В. В. Кунченко, И. М. Неклюдов, Г. Н. Картмазов, А. А. Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационных по¬верхностей, и радиационных материалов. - 2007. - № 2. - С. 203-215.

11. Leoni M. (TiC)N and Ti/TiN PVD coating on 304 stainless steel substrates: Texture and residual stress / M. Leoni, P. Scandi, S. Rossi, L. Fedrizzi, Y. Massiani // Thin. Sol. Films. - 1999. - Vol. 345. - P. 263-269.

12. Гладких Л .И. Остаточные напряжения и структура покрытий нитридов титана и хрома, полученных методом ионно-плазменного осаждения / Л. И. Гладких, С. В. Малыхин, А. Т. Пугачёв, Е. Н. Решетняк, Д. Б. Глушкова, С. С. Дьяченко, Т. П. Ковтун // Металлофизика и нов. техн. - 2003. - Т. 25. - № 6. - С. 241-248.

13. Кунченко В. В. CrNx покрытия, полученные вакуумно-дуговым методом / В. В. Кунченко, А. А. Андреев, Ю. В. Кунченко, Г. Н. Картмазов // ВАНТ. Серия: физика радиационных поверхностей, и радиационных материалов. - 2004. - № 3. - С. 87-95.

14. Valvoda V. Structure of thin films of titanium nitride. // J. Alloys Compd. - 1995. - Vol. 219, Issues 1-2. - P. 83-87.

15. Klostermann, H. F. Fietzke, T. Modes, O. Zywitzkiet. Zr-Al-N Nanocomposite coatings ceposited by Pulse Magnetron Sputtering // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2007. - P. 33-37.

16. Braic M. Microchemical and microstructural properties of metallic nitride and carbide hard coating deposited by arc-evaporation / M. Braic, V. Braic, M. Balaceanu, G. Pavelescu, A. Vladescu // Romanian Reports in Physics. - 2003. - Vol. 55, No. 3. - Р. 275-282.

17. Wilhelmsson О. Synthesis and characterization of ternary carbide thin films / О. Wilhelmsson // ACTA universitatis upsaliensis Uppsala, 2007.

18. U. C. Oh, J. H. Je and J. Y. Lee. Change of the Critical Thickness in the Preferred Orientation of TiN Films. // J. Mater. Res. - 1995. - 10(3). - Р. 634-639.

19. Yang H. H., Je J. H., Lee K.-B. Effect of the nitrogen partial pressure on the preferred orientation of TiN thin films. // J. Mater. Sci. Lett. - 1995. - 14. - P. 1635-1637.

20. Соболь О. В. Влияние радиационного фак¬тора на вормирование структуры и напряжённого состояния ионно-плазменных конденсатов. / Сб. докладов Межд. Конф. ОТТОМ - 6. - 2003. - С. 209-212.

21. Гончаров А. А. Фазообразование, структура и напряжённое состояние нано-структурных плёнок боридов тантала / А. А. Гончаров, П. И. Игнатенко, В. А. Коновалов, В. А. Ступак, Г. К. Волкова, В. А. Глазунова, В. В. Петухов // ФММ. - 2007. - Т. 103. - № 1. - С. 1-6.

22. Гончаров А. А. Состав, структура и свойства наноструктурных плёнок боридов тантала / А. А. Гончаров, П. И. Игнатенко, В. В. Петухов, В. А. Коновалов, Г. К. Волкова, В. А. Ступак, В. А. Глазунова // ЖТФ. - 2006. - Т. 76. - Вып. 10. - С. 87-90.

23. Andrievski R. A. Some peculiarities of fracture of nanocrystalline nitride and boride films / R. A. Andrievski, G. V. Kalinnikov, J. Jauberteau, J. Bates // J. of Mater. Sci. - 2000. - Vol. 35. - P. 2799-2806.

24. Соболь О. В. Особенности физического состава, структуры, напряжённого состояния и механических х-к конденсаторов боридных систем W-Ti-B / О. В. Соболь, С. Н. Дуб, О. Н. Григорьев, А. Н. Стеценко, А. А. Подтележников // Сверх твёрдые материалы. - 2005. - № 5. - С. 38-47.

25. Соболь О. В. Процесс наноструктурного упорядочения в конденсатах системы W-Ti-B / О. В. Соболь // ФТТ. - 2007. - Т. 49. - С. 1104-1110.

26. Гончаров А. А. Влияние подложки на ориентацию и структуру тонких пленок, полу¬ченных высокочастотным магнетронным распылением мишени диборида тантала / А. А. Гончаров, Г. К. Волкова, В. А. Коно¬валов, В. В Петухов // МфиНТ. - 2006. - Т. 28, № 12. - С. 1621-1628.

27. Гончаров А. А. Влияние потенциала смещения на структуру тонких плёнок диборидов тантала / А. А. Гончаров, В. А. Коновалов, В. А. Ступак // Письма в ЖТФ. - 2007. - T. 33, № 5. - C. 12-17.

28. Гончаров А. А. Наноструктурные пленки боридов ванадия / А. А. Гончаров, В. В. Петухов, Д. Н. Терпий, П. И. Игнатенко, В. А. Ступак // Неорганические матер. - 2005. - Т. 41, № 7. - С. 799-802.

29. Гончаров А. А. Особенности электрических и физико-механических свойств нанострук¬турных пленок борида ванадия / А. А. Гончаров, В. В. Петухов, Д. С. Чайка // ФММ. - 2005. - Т. 100, № 3. - С. 26-31.

30. Dahm K. L. Magnetron sputter deposition of chromium diboride coatings. / K. L. Dahm, L. R. Jordan, J. Haase, P. A. Dearnley // Surf. and Coat. Techn. - 1998. - 108-109. - P. 413-418.

31. Kelesoglu E., Mitterer C. Structure and properties of TiB2 based coating prepared by unbalanced DC magnetron spattering // Surf. and Coat. Techn. - 1998. - 98(1-3). - P. 1483-1489.

32. Wiedemann R., Oettel H., Jerenz M. Structure of deposited and annealed TiB2 layers // Surf. and Coat. Technol. - 1997. - Vol. 97. - P. 313-321.

33. Гончаров А. А. Механизм формирования столбчатой структуры пленок диборидов переходных металлов / А. А. Гончаров // ФТТ. - 2008. - № 1. - С. 163-167.

34. Штанский Д. В. Особенности структуры и физико-механических свойств наноструктурных тонких пленок / Д. В. Штанский, С. А. Кулинич, Е. А. Левашов, J. J. More // ФТТ. - 2003. - Т. 45. - Вып. 6. - С. 1122-1129.

35. Holleck H. Material selection for hard coatings // J. Vac. Sci. Technol. - 1986. - Р. 2661- 2669.

36. Panich N., Wangyao P., Hannongbua S., Sricharoenchai P., Sun Y. Tribological study of nano-multilayered ultra-hard coatings based on TiB2 // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2006. - Vol. 13. - P. 117-124.

37. Mitterer C. Sputter deposition of ultrahard coatings within the system Ti-B-C-N / С. Mitterer, М. Rauter, Р. Rödhamm // Surf. Coat. Technol. - 1990. - Vol. 41, No. 3. - P. 351-363.

38. Kelesoglu E. Microstructure and properties of nitride and diboride hard coatings deposited under intense mild-energy ion bombardment / Е. Kelesoglu, С. Mitterer, М. К. Kazmanli, М. Ürgen // Surf. Coat. Technol. - 1999. - Vol. 116-119. - P. 133-140.

39. Mitterer C. Microstructure and properties of nanocomposite Ti-B-N and Ti-B-C coatings / С. Mitterer, Р. Н. Mayrhofer, М. Beschliesser, Р. Losbichler, Р. Warbichler., F. Hofer, P. N. Gibson, W. Gissler, Н. Hruby, J. Musil, J. Vlek // Surf. Coat. Technol. - 1999. - Vol. 120-121. - P. 405-411.

40. Losbichler P. Non-reactively sputtered TiN and TiB2 films: influence of activation energy on film growth / Р. Losbichler, С. Mitterer // Surf. Coat. Technol. - 1997. - Vol. 97. - P. 567- 573.

41. Kelesoglu E. Structure and properties of TiB2 based coatings prepared by unbalanced DC magnetron sputtering / Е. Kelesoglu, С. Mitterer // Surf. Coat. Technol. - 1998. - Vol. 98, No. 1-3. - P. 1483-1489.

42. Herr W. The influence of a heat treatment on the microstructure and mechanical properties of sputtered coatings / W. Herr, E. Brozseit // Surf. Coat. Technol. - 1997. - Vol. 97. - Р. 335-340.

43. Kunc F. Low stress superhard Ti–B films prepared by magnetron sputtering / F. Kunc, J. Musil, P. H. Mayrhofer, C. Mitterer // Surf. And Coat. Techn. - 175. - 2003. - P. 744- 781.

44. Андриевский Р. А. Структура и физико-механические свойства наноструктурных боридонитридных плёнок / Р. А. Андриевский, Г. В. Калинников, Н. П. Кобелев, Я. М. Солфер, Д. В. Штанский // ФТТ. - 1997. - Т. 39. - С. 1859-1863.

45. Андриевский Р. А. Высокоразрешающая просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия наноструктурных боридонитридных плёнок / Р. А. Андриевский, Г. В. Калинников, Д. В. Штанский // ФТТ. - 2000. - Т. 42. - С. 741-746.

46. Pierson J. F. Influence of oxygen flow rate on the structural and mechanical properties of reactively magnetron sputter-deposited Zr-B-O coatings / I. F. Pierson, A. Billard, T. Belmonte, H. Michel, C Frantz // Thin Solid Films. - 1999. - Vol. 347. - Р. 78-82.

47. Brandstetter E. A transmission electron microscopy study on sputtered Zr-B and Zr-B-N films / Brandstetter E., Mitterer C., Ebner R. // Thin Solid Films. - 1991. - Vol. 201, No. 1. - P 123-135.

48. Mitterer C. Sputter deposition of wear-resistant coatings within the system Zr-B-N / C. Mitterer, A. Übleis, R Ebner // Materials Science and Engineering. - 1991. - Vol. 140. - P. 670- 675.

49. Mitterer C. Sputter deposition of decorative coatings based on ZrB2 and ZrB12 / C. Mitterer, P. Losbichler, W. S. M. Werner, H. Störi, J. Barounig // Surf. Coat. Technol. - 1992. - Vol. 54-55. - Part 1. - P 329-334.

50. Mitterer C. Deposition of decorative boride coatings / C. Mitterer, J. Komenda-Stallmaier, P. Losbichler, P. Schmölz, W. S. M. Werner, H. StöriSputter // Vacuum. - 1995. - Vol. 46, No. 11. - P 1281-1294.

51. Liu G. Q. Effect of modulation period on the structure and mechanical properties of nanoscale W/ZrB2 multilayered coatings / G. Q. Liu, Y. B. Kang, H. Y. Wang, F. Y. Xue, X. Y. Deng, D. J. Li // Physics Procedia. - 2011. - Vol. 18. - P. 16-20.

52. Kanga F. Y. Growth, microstructure, and mechanical properties related to modulation period for ZrAlN/ZrB2 superlattice coatings / Y. B. Kanga, D. J. Lia, H. Y. Wanga, J. Y. Yana, S. Zhanga, X. Y. Denga // App. Surf. Sci. - 2012. - Vol. 258, No. 6. - P. 2206-2210.

53. Yang J. Y. Influence of bilayer periods on structural and mechanical properties of ZrC/ZrB2 superlattice coatings / J. Y. Yang, M. Y. Wang, Y. B. Kang, D. J. Li // Applied Surface Science. - 2007. - Vol. 253, No. 12. - Р. 5302-5305.

54. Штанский Д. В. Структура и свойства покрытий Ti-B-N, Ti-Cr-B-(N) и Cr-B-(N), полученных магнетронным распылением мишеней, приготовленных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / Д. В. Штанский, Ф. В. Кирюханцев-Корнеев, А. Н. Шевейко, И. А. Башкова, О. В. Малочкин, Е. А. Левашов,В. И. Косякин, Н. Б. Дьяконова, И. В. Лясоцкий // ФТТ. - 2005. - Т. 47. - Вып. 2. - С. 242-251.

55. Shtansky D. V. Hard tribological Ti-Cr-B-N coatings with enhanced thermal stability, corrosion-and oxidation resistance / D. V. Shtansky, Ph. V. Kiryukhantsev-Korneeva, A. N. Shveykoa, A. E. Kutyreva, E. A. Levashova // Surf. Coat. Technol. - 2007. - Vol. 202, No. 4-7. - Р. 861-865.

56. Kiryukhantsev-Korneev Ph. V. Effect of nitrogen partial pressure on the structure, physical and mechanical properties of CrB2 and Cr-B-N films / Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, J. F. Pierson, M. I. Petrzhika, M. Alnotc, E. A. Levashova, D. V. Shtansky // Thin Solid Films. - 2009. - Vol. 517, No. 8. - P. 2675-2680.

57. Paternostera C. Thermal evolution and mechanical properties of hard Ti-Cr-B-N and Ti-Al-Si-B-N coatings / C. Paternostera, A. Fabrizia, R. Cecchinia, S. Spigarellia, Ph. V. Kiryukhantsev-Korneeva, A. Sheveykob // Surf. Coat. Technol. - 2008. - Vol. 203, No. 5-7. - Р. 736-740.

58. Zhon M. New Cr-B hard coatings by r. f.-plasma assisted magnetron sputtered methods / M. Zhon, M. Noze, Y. Makino, K. Nogi // Thin Solid Films. - 1999. - Vol. 234. - P. 343.

59. Zhon M. Annealing effects on the structure and mechanical properties of r. f.-sputtering Cr-B hard thin films / M. Zhon, M. Noze, Y. Makino, K. Nogi // Thin Solid Films. - 2000. - Vol. 359. - P. 165-170.

60. Sakamaoto Y. Structure and properties of Cr-B, Cr-B-N and multilayer CrB/Cr-B-N thin films prepared by r. f.-sputtering / Y. Sakamaoto, M. Nose, T. Mae, E. Honbo, M. Zhou, K. Nogi // Surf. Coat. Technol. - 2003. - Vol. 174- 175. - Р. 444-449.

61. Zhon M. Influence of nitrogen on the structure and mechanical properties of r. f.-sputtered Cr-B-N thin films / M. Zhon, M. Noze, Y. Makino, K. Nogi // Surf. Coat. Technol. - 2004. - Vol. 183, No. 1. - Р. 45-50.

62. Hedelus E. Transmission electron micriscopy of nanocomposite Cr-B-N thin films / E. Hedelus, I. Kovacs, B. Pecz, L. Toth, K. P. Budna, C. Mitterer // Vacuum. - 2007. - Vol. 82, No. 2. - P. 209-213.

63. Budna K. P. Synthesis - structure -property relations for Cr-B-N coatings sputter deposited reactively from a Cr-B target with 20 aat % B / K. P. Budna, I. Neidhardt, P. H. Mayrhofer, C. Mitterer // Vacuum. - 2008. - Vol. 82, No. 8. - P. 771-776.

64. Budna K. P. Effect of incorporation on structure, properties and performance of magnetron sputtered CrB2 / K. P. Budna, P. H. Mayrhofer, I. Neidhardt, E. Hedelus, I. Kovacs, L. Toth, B. Pecz, C. Mitterer // Surf. Coat. Technol. - 2008. - Vol. 202, No. 12. - Р. 3088-3093.

65. Polychronopoulou K. The nanostructure, wear and corrosion performance of arc-evaporated CrBxNy nanocomposite coatings / K. Polychronopoulou, M. A. Baker, C. Rebholz, J. Neidhardt, M. O. Sullivan, A. E. Reiter, K. Kanakis, A. Leyland, A. Matthews, C. Mitterer //Surf. Coat. Technol. - 2009. - Vol. 204, No. 3. - Р. 246-255.

66. Murthy T. S. R. Ch. Effect of CrB2 addition on densification, properties and oxidation resistance of TiB2 / T. S. R. Ch. Murthy, J. K. Sonber, C. Subramanian, R. K. Fotedar, M. R. Gonal, A. K. Suri // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2009. - Vol. 27, No. 6. - P. 976–984.

67. Chenga Ch. -H. Microstructure and mechanical property evaluation of pulsed DC magnetron sputtered Cr-B and Cr-B-N films / Ch.-H. Chenga, J.-W. Leeb, L.-W. Hob, H.-W. Chend, Y.-Ch. Chand, J.-G. Duhd // Surf. Coat. Technol. - 2011. - Vol. 206, No. 7. - P. 1711-1719.

68. Sandeep Markaa. Effect of substrate and film thickness on the growth, structure, mechanical and optical properties of chromium diboride thin films / Sandeep Marka, Menaka, A. K. Ganguli, M. Ghanashyam Krishna // Surf. Coat. Technol. - 2012. - Vol. 209. -P. 23-31.

69. Tritremmela C. Microstructure and mechanical properties of nanocrystalline Al-Cr-B-N thin films / C. Tritremmela, R. Danielb, M. Lechthalerc, H. Rudigierc, P. Polcikd, C. Mitterer // Surf. Coat. Technol, - 2012. - In Press.

70. Mayrhofer P. H. Thermal stability of superhard Ti-B-N coatings / P. H. Mayrhofer, M. Stoiber // Surf. Coat. Technol. - 2007. - Vol. 201, No. 13. - P. 6148-6153.

71. Musil J. Hard and superhard nanocomposite coatings // Sur. and Coat. Technol. - 2000. - Vol. 125. - P. 322-330.

72. Zeman P., Cerstvy R., Maynoafr P. H., Mitterer Ch. Musil J. Structure and properties of hard superhard Zr-Cu-N nanocomposite coating // Mater. Sci eng., A Struct. Matr.: Prop. Microstruct. Process. - 2000. - Vol. 289. - P. 189-197.

73. Musil J., Zeman P., Hruby H., Mayrhofer P. H. ZrN/Cu nanocomposite film - a novel superhard material // Surf. Coat. Technol. - 1999. - Vol. 120-121. - P. 179-183.

74. Veprek S. The search for novel, superhard materials // Journal Vac. Sci. and Technol. - 1999. - Vol. A, № 17. - P. 2401-2420.

75. Musil J., Vlcek J. Physical and mechanical properties of hard nanocomposite films prepared by magnetron sputtering // Proc. of 1st Intern, congress and radiation physics, high current electronics and modification of materials. - Tоmsk. - 2000. - Vol. 3. - P. 393-398.

76. Musil J., Kadlek S., Vyskocil J., Valvoda V. New results in d. c. reactive magnetron deposition of TiNx films // Thin Solid Films. - 1988. - Vol. 167. - P. 107-120.

77. Самсонов Г. В. Тугоплавкие соединения (справочник) / Г. В. Самсонов, И. М. Винницкий - М.: Металлургия, 1976. - 560 с.

78. Penilla E., Wang J. Pressureand Temperature Effects on Stoichiometry and Microstructure of Nitrogen-Rich TiN Thin Films Synthesized via Reactive Magnetron DC-Sputtering. // J. of Nanomaterials. - Vol. 2008, Article ID 267161, 9 p.

79. Rawat R. S. Deposition of TiC Thin films using dense plasma focus device / R. S. Rawat, P. Lee, T. White, S. Lee // 27th EPS conference on Contr. Fusion Plasmas Phys. Budapest, 12-16 June 2000. - Vol. 24 B. - Р. 484-487.
Опубліковано
2015-06-22
Як цитувати
Агулов, А., Гончаров, А., Бажин, А., Васильева, Л., Гончарова, С., & Ступак, В. (2015). Закономерности формирования структуры и свойств пленок тугоплавких соединений. Журнал фізики та інженерії поверхні, 12(3), 338 - 356. Retrieved із https://periodicals.karazin.ua/pse/article/view/2854

Найбільш популярні статті цього автора (авторів)