Investigation of the phase composition, structure, and properties of multilayer vacuum-arc nanocrystalline Ti-Mo-N coatings
Abstract
Experiments have been made to investigate the influence of layer thickness and production conditions on the phase composition, structure and mechanical characteristics (hardness and modulus of elasticity) of vacuum-arc multilayer nanostructural coatings TiN-Mo2N. It is shown that at a small layer thickness (≈2 nm) an epitaxial growth of isostructural cubic modifications of titanium nitride and molybdenum nitride is possible without two-phase state formation. At a greater thickness, a two-phase material is formed, where the second phase is presented by high-temperature cubic-lattice molybdenum nitride γ-Mo2N, which is isostructural with respect to titanium nitride. A growth in layer thickness from 2 up to 20 nm increases the thermal stability of mechanical properties of these coatings at high-temperature annealings (800 °C). For the whole 2 ÷ 20 nm range of layer thicknesses, high-temperature annealings do not cause changes in the phase composition of coatings, leaving molybdenum nitride in the metastable γ-Mo2N state with a cubic lattice. The reason for γ-Mo2N state stimulation at deposition and γ-Mo2N stabilization at annealing lies in the influence of the second constituent of the multilayer system, viz., titanium nitride (TiN), which has a high binding energy between metal and nitrogen atoms, and also, has the type of the crystal lattice corresponding to γ-Mo2N.
Downloads
References
Kazmanli M.K., Urgen M., Cakir A.F. Effect of nitrogen pressure, bias voltage and substrate temperature on the phase structure of Mo-N coatings produced by cathodic arc PVD//Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 167. – P 77–82.
Шулаев В.М., Соболь О.В., Андреев А.А., Неклюдов И.М., Столбовой В.А. Фазовый состав нанокристаллических покрытий Mo2N, полученных вакуумно-дуговым осаждением молибдена в среде азота//ВАНТ, сер. Вакуум, чистые материалы и сверхпроводники. – 2009. – № 6.– C. 262–267.
Андреев А.А., Шулаев В.М., Горбань В.Ф., Столбовой В.А. Осаждение сверхтвердых вакуумно-дуговых TiN покрытий//Физическая инженерия поверхности. – 2006. – T. 4, № 3-4. – С. 201–206.
Падалка В.Г., Гутник Г.Н., Андреев А.А. и др. Опыт эксплуатации и повышение эффективности использования установок “Булат”. Препр. НАН Украины, Нац. научн. центр “Харьк. физ-тех. ин-т”, 1986-1. – М.: ЦНИИатоминформ, 1986. – 56 с.
Шулаев В.М., Андреев А.А., Руденко В.П. Модернизация серийной установки “Булат-6” для синтеза вакуумно-дуговых покрытий методом плазменной ионной имплантации и осаждения, а также ионного безводородного азотирования//Сб. докл. Межд. конф. “Нанотехнологии”. Харьков: ННЦ “ХФТИ”. – 2008. – T. 1. – C. 5-14.
Шулаев В.М., Андреев А.А. О возможном механизме возникновения ячеистого микрорельефа на поверхности наноструктурных вакуумно-дуговых покрытий (Харьков)//Сб. научн. трудов Межд. конф. ФММН-2009. – 2009. – C. 587-589.
Решетняк М.В., Соболь О.В. Расширение возможностей анализа структуры и субструктурных характеристик нанокристаллических конденсированных и массивных материалов квазибинарной системы W2B5-TiB2 при использовании программы обработки рентгендифракционных данных “New_profile”//Физическая инженерия поверхности. – 2008. – Т. 6, № 3-4. – С. 180-188.
