Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы

  • В. В. Васильев Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
  • А. А. Лучанинов Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
  • Е. Н. Решетняк Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
  • В. Е. Стрельницкий Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
  • Г. Н. Толмачева Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
  • Г. А. Прибытков Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия
  • А. В. Гурских Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия
  • М. Г. Криницын Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия

Анотація

Исследованы структура и фазовый состав катодных материалов системы Ti-Si, полученных спеканием смесей порошков титана, кремния и силицида титана Ti5Si3. Установлено, что спекание смесей Ti + Ti5Si3 позволяет получать качественные катодные материалы с содержанием кремния до 15 ат. %. Обнаружено, что в штатном режиме работы источника фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы возникают проблемы со стабильностью горения разряда, обусловленные возникновением дефектов на поверхности порошковых катодов. Использован способ подачи реакционного газа в вакуумную камеру через источник плазмы, что позволило добиться стабильной работы порошковых катодов при осаждении покрытий нитридов. В условиях использования высоковольтного импульсного потенциала смещения на подложку получены покрытия системы Ti-Si-N. Исследовано влияние параметров осаждения на состав, структуру и свойства покрытий. Определены условия, позволяющие синтезировать наноструктурные покрытия с высокой твердостью.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

В. В. Васильев, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
Н.С.
А. А. Лучанинов, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
Н.С.
Е. Н. Решетняк, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
Н.С.
В. Е. Стрельницкий, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
Проф.
Г. Н. Толмачева, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
Н.С.
Г. А. Прибытков, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия
Н.С.
А. В. Гурских, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия
Н.С.
М. Г. Криницын, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия
Н.С.

Посилання

1. Veprek S., Veprek-Heijman M., Karvankova P., Prochazka J. Different approaches to superhard coatings and nanocomposites // Thin Solid Films. — 2005. — Vol. 476. — P. 1–29.

2. Shtansky D. V., Kiryukhantsev-Korneev Ph. V., Bash kova I. A., Sheveiko A. N., Levashov E. A. Mul ticomponent nanostructured films for various tribological applications // Int. J. Ref. Met. Hard Mater. — 2012. — Vol. 28. — P. 32–39.

3. Levashov E. A., Larikhin D. V., Shtansky D. V., Rogachev A. S., Grigoryan H. E., Moore J. J. Self-propagating high-temperature synthesis of functionally graded PVD targets with a ceramic working layer of TiB2-TiN or Ti5Si3-TiN // Journal of Materials Synthesis and Processing. — 2002. — Vol. 10, No.6.

4. Кирюханцев-Корнеев Ф. В., Петржик М. И., Шевейко А. Н., Левашов Е. А., Штан ский Д. В. Влияние Al, Si и Cr на тер мическую стабильность и стойкость к высокотем пературному окислению покрытий на осно¬ве боронитрида титана // Физика метал¬лов и ме талловедение. — 2007. — Т. 104, № 2, — С. 176–183.

5. Shtansky D. V., Sheveiko A. N., Petrzhik M. I., Ki ryukhantsev-Korneev F. V., Levashov E. A., Leyland A., Yerokhin A. L., Matthews A. Hard tribological Ti-B-N, Ti-Cr-B-N, Ti-Si-B-N and Ti-Al-Si-B-N coatings // Surface & Coatings Technology. — 2005. — Vol. 200, No. 1–4. — SPEC. ISS. — P. 208–212.

6. Shtansky D. V., Kuptsov K. A., Kiryukhantsev- Korneev Ph. V., Sheveyko N. High thermal stability of TiAlSiCN coatings with «comb» like nanocomposite structure // Surface & Coatings Technology. — 2012. — Vol. 206. — P. 4840–4849.

7. Paternoster C., Fabrizi A., Cecchini R., Spiga relli S., Kiryukhantsev-Korneev Ph. V., She veyko A.. Thermal evolution and mechanical properties of hard Ti-Cr-B-N and Ti-Al-Si-B-N coatings // Surface & Coatings Technology. — 2008. — Vol. 203. — P. 736– 740.

8. Stansky D. V., Kuptsov K. A., Kiryukhantsev- Korneev Ph. V., Sheveiko A. N., Marvin B. N., Fer nandez A., Petrzhik M. I. Comparative investigation of Al- and Cr- doped TiSiCN coatings // Surface & Coatings Technology. — 2009. — Vol. 203. — P. 3595–3609.

9. Park O., Park J., Yoon S., Lee M., Kim K. Tribological behavior of Ti-Si-N coating layers prepared by a hybrid system of arc ion plating and sputtering techniques // Surface and co atings technology. — 2004. — Vol. 179. — P. 83–88.

10. Xu Y., Li L., Cai X., Chu P. Hard nanocomposite Ti-Si-N films prepared by DC reactive magnetron sputtering using Ti-Si mosaic target // Surface and coatings technology. — 2007. — Vol. 20. — P. 6824–6827.

11. Прибытков Г. А., Гурских А. В., Шула¬ев В. М., Андреев А. А., Коржова В. В. Иссле дование покрытий, осажденных при ва куумно-дуговом испарении спеченных по рошковых катодов титан-кремний // Фи¬зика и химия обработки материалов. — 2009. — № 6. — C. 34–40.

12. Васильев В. В., Лучанинов А. А., Решет¬няк Е. Н., Стрельницкий В. Е. и др. Струк¬тура и твердость Ti-N и Ti-Si-N покрытий, осажденных из фильтрованной вакуумно- дуговой плазмы // ВАНТ. — 2009. — № 2. — С. 173–180.

13. Белоус В. А., Заднепровский Ю. А., Ломи¬но Н. С., Соболь О. В. Роль аргона в газовой смеси с азотом при получении нитридных конденсатов системы Ti-Si-N в вакуумно- дуговых процессах осаждения // ЖТФ. — 2013. — Т. 83, вып. 7. — С. 69–76.

14. Korosteleva E. N., Pribytkov G. A., Gurskikh A. V. Bulk changes and structurization in solid-phase sintering of titanium-silicon powder mixtures // Powder metallurgy and metal ceramics. — 2009. — Vol. 48, No. 1–2. — P. 8–12.

15. Zhang G. P., Gaob G. J., Wang X. Q., Lv G. H., Zhou L., Chen H., Pang H., Yang S. Z. Influence of pulsed substrate bias on the structure and properties of Ti-Al-N films deposited by ca thodic vacuum arc // Applied Surface Science. — 2012. — Vol. 258. — P. 7274–7279.

16. Mukherjee S., Prokert F., Richter E., Möller W. Comparison of TiN and Ti1–xAlxN coatings deposited on Al using plasma immersion ion implantation assisted deposition // Surface & Coatings Technology. — 2005. — Vol. 200. — P. 2459–2464.

17. Vasyliev V. V., Luchaninov A. A., Re shetnyak E. N., Strel’nitskij V. E. Comparative characteristics of stress and structure of TiN and Ti0,5–xAl0,5YxN coatings prepared by filtered vacuum-arc PIIID method // Proceedings of the International Conference Nanomaterials: Applications and Properties. — 2012. — Vol. 1, No 2. — 02NFC24–1–3.

18. Mukherjee S., Prokert F., Richter E., Moller W. Intrinsic stress and preferred orientation in TiN coatings deposited on Al using plasma immersion ion implantation assisted deposition // Thin Solid Films. — 2003. — Vol. 445. — P. 48–53.

19. Belous V. A., Vasyliev V. V., Goltvyanytsya V. S., Goltvyanytsya S. K. et al. Structure and properties of Ti-Al-Y-N coatings deposited from filtered vacuum-arc plasma // Surface & Coatings Technology. — 2011. — Vol. 206. — P. 1720–1726.

20. Belous, V. Vasyliev, A. Luchaninov, V. Ma rinin, E. Reshetnyak, V. Strel’nitskij, S. Goltvya nytsya,V. Goltvyanytsya Cavitation and abrasion resistance of Ti-Al-Y-N coatings prepared by the PIII&D technique from filtered vacuum-arc plasma // Surface & Coatings Technology. — 2013. — Vol. 223. — P. 68–74.

21. Свойства, получение и применение тугоплав ких соединений: справ. / Под ред. Т. Я. Ко солаповой. — М.: Металлургия, 1986. — 928 с.

22. Васильєв В. В., Стрельницький В. Є. Спосіб транспортування вакуумно-дугової катодної плазми із фільтруванням від мікрочасток і пристрій для його здійснення / Патент України на винахід № 97584 від 27.02.2012.

23. Kolbeck J., Anders A. Unusual Cathode Erosion Patterns Observed for Steered Arc Sources // IEEE Transactions on Plasma Science. — 2014. — Vol. 42, Issue 10. — P. 2602–2603.

24. Андреев А. А., Саблев Л. П., Шулаев В. М., Григорьев С. Н. Вакуумно-дуговые устрой¬ства и покрытия. — Харьков: ННЦХФТИ, 2005. — 236 с.

25. Кунченко В. В., Кунченко Ю. В., Кар¬тмазов Г. Н., Неклюдов И. М. и др. На¬ноструктурные сверхтвердые nc-TiN/a- Si3N4-покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаж дения // Вопросы атомной науки и техники, Сер.: Физика ра¬диационных повреждений и радиацион¬ное материаловедение. — 2006. — № 4. — C. 185–190.

26. Soderberg H., Oden M. Growth and characterization of TiN/SiN(001) superlattice films // Jour. Mater. Res. — 2007. — Vol. 22. — P. 3255–3264.

27. Shtansky D. V., Lyasotsky I. V., D’ya ko no va N. B., Kiryukhantsev-Korneev F. V., Kulinich S. A., Levashov E. A., Moore J. J. Com parative investigation of Ti-Si-N films mag netron sputtered using Ti5Si3 + Ti and Ti5Si3 + TiN targets // Surface & Coatings Technology. — 2004. — Vol. 182. — P. 204–214.

28. Zhang C. H., Lu X. C., Wang H., Luo J. B., Shen Y. G., Li K. Y. Microstructure, mechanical properties, and oxidation resistance of nanocomposite Ti-Si-N coatings //Appl. Surf. Sci. — 2006. — Vol. 252. — P. 6141–6153.

29. Zhang P., Cai Z., Xiong W. Influence of Si content and growth condition on the microstructure and mechanical properties of Ti-Si-N nanocomposite films // Surface & Coatings Technology. — 2007. — Vol. 201. — P. 6819–6823.

30. Zhu J. Q., Johansson-Joesaar M. P., Polcik P., Jen sen J., Greczynski G., Hultman L., Oden M. Influence of Ti-Si cathode grain size on the cathodic arc process and resulting Ti-Si-N coatings // Surface & Coatings Technology. — 2013. — Vol. 235. — P. 637–647.

31. Chang C., Lin C., Tsai P., Ho W., Liu W., Wang D. Mechanical and corrosion properties of (Ti,Si)N coating synthesized by cathodic arc plasma evaporation // Surface & Coatings Tech nology. — 2008. — Vol. 202. — P. 5516– 5520.

32. Chang C., Chen J., Tsai P., Ho W., Wang D. Synthesis and characterization of nano-com posite Ti-Si-N hard coating by filtered cathodic arc deposition // Surface & Coatings Technology. — 2008. — Vol. 203. — P. 619– 623.

33. Flink A., Larsson T., Sjolen J., Karlsson L., Hultman L.. Influence of Si on the microstructure of arc evaporated (Ti,Si)N thin films; evidence for cubic solid solutions and their thermal stability // Surface & Coatings Technology. — 2005. — Vol. 200. — P. 1535– 1542.

34. Zhang X. D., Meng W. J., Wang W., Rehn L. E., Baldo P. M., Evans R. D. Temperature de pendence of structure and mechanical pro perties of Ti-Si-N coatings // Surface & Coatings Technology. — 2004. — Vol. 177–178. — P. 325–333.
Опубліковано
2015-12-04
Як цитувати
Васильев, В. В., Лучанинов, А. А., Решетняк, Е. Н., Стрельницкий, В. Е., Толмачева, Г. Н., Прибытков, Г. А., Гурских, А. В., & Криницын, М. Г. (2015). Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы. Журнал фізики та інженерії поверхні, 13(2), 148 -. вилучено із https://periodicals.karazin.ua/pse/article/view/4553
Номер
Том 13 № 2 (2015): Фізична інженерія поверхні
Розділ
Статті
У відповідності з типовим шаблоном.

Найбільш популярні статті цього автора (авторів)