Physical formation of multiple, composite (multiphase) coatings obtained by ion-plasma methods
Keywords:
ionplasma methods, multielement and composite coatings, physical and mechanical properties
Abstract
This review article describes the laws of formation of multielement and composite coatings obtained by means of ionplasma methods. The effective methods to improve the properties of the coatings by doping them with transition metal elements have been considered. As the sputtered cathodes multielement composite materials have been considered. Physical and technological principles of ob tain ing new materials in the form of coatings with high physical and mechanical characteristics have be en suggested basing on the analysis of research results.
Downloads
Download data is not yet available.
References
Дробышевская А. А., Давыдов И. В., Фурсова Е. В., Береснев В. М. Нанокомпозитные покрытия на основе нитридов переходных металлов // ФИП. — 2008. — Т. 5, № 1—2. — С. 93—98.
Погребняк А. Д., Шпак А. П., Азаренков Н. А., Береснев В. М. Структура и свойства твердых и сверхтвердых нанокомпозитных покрытий // УФН. — 2009. — Т. 179, № 1. — С. 35—64
Азаренков Н. А., Соболь О. В., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Литовченко С. В., Иванов О. Н. Материаловедение неравновесного состояния модифицированной поверхности. — Сумы: Сумской государственный университет, 2012. — 682 с.
Азаренков Н. А., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Колесников Д. А. Наноструктурные покрытия и наноматериалы. — М.: Книжный дом «Либриком», 2013. — 368 с.
Pogrebnjak A. D., Beresnev V. M. Hard Nanocomposite Coatings, Their Structure and Properties. In Books «Nanocomposites — New Trends and Developments», Ch. 6. — 2012. — P. 123—160.
Коротаев А. Д., Мошков В. Ю., Овчинников С. В., Пинжин Ю. П., Савостиков В. М., Тюменцев А. Н. Наноструктурные и нанокомпозитные сверхтвердые покрытия // Физическая мезомеханика. — 2005. — Т. 8, № 5. — С. 103—116.
Uchida М., Nihira N., Mitsuo A., Toyoda K., Kubota K., Aizawa T. Friction and wear properties of CrAlN and CrVN films deposited by cathodic arc ion plating method // Surf. Coat. Technol. — 2004. — Vol. 177—178. — P. 627—630.
Yeh J.-W., Chen S.-K., Lin S.-J., Gan J.-Y., Chin T.-S., Shun T.-T., Tsau C.-H., Chang S.-Y. Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes // Adv. Eng. Mater. — 2004. — Vol. 6, No. 5. — P. 299—303.
Musil J. «Properties of hard nanocomposite thin films», in Nanocomposite Thin Films and Coatings: Processing, Properties and Performance, Ch. 5, Eds. S. Zhang, A. Nasar. — London: Imperial College Press, 2007. — P. 281—328.
Zeman P., Musil J., Daniel R. High-temperature oxidation resistance of Ta-Si-N films with a high sicontent // Surf. and Coat. Technol. — 2006. — Vol. 200. — P. 4091—4096.
Musil J., Zeman P. Nanocomposite Hard a-Si3N4/ MeNx Coatings with High Thermal Stability and High Oxidation Resistance // Solid State Phenomen. — 2007. — Vol. 127. — P. 31—36.
Roos J. P., Celis J. P., Vancoille E., Veltrop H., Boelens S., Jungblut F., Ebberink J., Homberg H. Interrelationship between processing, coatingproperties and functional properties of steered arc physically vapour deposited (Ti, AI)N and (Ti, Nb)N coatings // Thin Solid Films, 1990. — Vol. 193—194. — P. 547—556.
Braic V., Vladescu A., Balaceanu M., Luculescu C. R., Braic M. Nanostructured multi-element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C hard coatings. // Surf. Coat. Technol. — 2011. — Vol. 211, No. 25. — P. 117—121.
Braic V., Vladescu A., Balaceanu M., Luculescu C. R., Braic M. Nanostruc-tured multi-element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C hard coatings // Surface and Coatings Technology. — 2012. — Vol. 211. — P. 117—121.
Hasegawaa Н., Yamamotoa Т., Suzukia Т., Yamamoto К. The effects of deposition temperature and post-annealing on the crystal structure and mechanical property of TiCrAlN films with high Al contents // Surface & Coatings Technology. — 2006. — Vol. 200. — P. 2864—2869.
Наноструктурные покрытия // под ред. А. Кавалейро и Д. де Хоссона. — М.: Техносфера, 2011. — 792 с.
Берлин Е. В., Сейдман Л. А. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологии. — М.: Техносфера, 2010. — 528 с.
Sobol O. V., Pogrebnjak A .D., Beresnev V. M. Effect of the preparation conditions on the phase composition, structure, and mechanical characteristics of vacuum-arc Zr-Ti-Si-N coatings // The Physics of Metals and Metallography. — 2011. — Vol. 112, No. 2. — Р. 118—195.
Lai С. Н., Tsai М. Н., Lin S. J., Yeh J. W. Influence of substrate temperature on structure and mechanical, properties of multi-element (AlCrTaTiZr)N coatings // Surf. Coat. Technol. — 2007. — Vol. 201. — P. 6993—6998.
Pierson Y. O. Handbook of Refractory Carbides and Nitrides: Noyes, New Jersey, 1969. — 331 p.
Азаренков Н. А., Соболь О. В., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Колесников Д. А., Турбин П. В., Торяник И. Н. Вакуумно-плазменные покрытия на основе многоэлементных нитридов // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 8. — С. 1001—1024.
Chen T. K., Shun T. T., Yeh J. W., Wong M. S. Nanostructured nitride films of multi-element high-entropy alloys by reactive DC sputtering // Surf. Coat. Technol. — 2004. — Vol. 188— 189. — P. 193—200.
Tsai D. C., Huang Y. L., Lin S. R., Liang S. C., Shieu F. S. Effect of nitrogen flow ratios on the structure and mechanical properties of (TiVCrZrY)N coatings prepared by reactive magnetron sputtering // Appl. Surf. Sci. — 2010. — Vol. 257. — P. 1361—1367.
Lin C. H., Duh J. G., Yeh J. W. Surf. Multi-component nitride coatings derived from Ti-Al-Cr-Si-V target in RF magnetron sputter // Coat. Technol. — 2007. — Vol. 201. — P. 6304—6308.
Chang H. W., Huang P. K., Davison A., Yeh J. W., Tsau C. H., Yang C. C. Nitride films deposited from an equimolar Al-Cr-Mo-Si-Ti alloy target by reactive direct current magnetron sputtering // Thin Solid Films. — 2008. — Vol. 516. — P. 6402—6408.
Tsai M. H., Lai C. H., Yeh J. W., Gan J. Y. Effects of nitrogen flow ratio on the structure and properties of reactively sputtered (AlMoNbSiTaTiVZr)Nx coatings // J. Phys. D: Applied Phys. — 2008. — Vol. 41. — P. 235402—1.
Huang P. K., Yeh J. W. Effects of nitrogen content on structure and mechanical properties of multi-element (AlCrNbSiTiV)N coating // J. Surf. Coat. Technol. — 2009. — Vol. 203. — P. 1891—1896.
Pogrebnyak A. D., Beresnev V. M., Kolesnikov D. A., Kaverin M. V., Shipilenko A. P., Oyoshi K., Takeda Y., Abrasonics G., Krause-Rehberg R., Ponamarev A. G. The effect of segregation and thermodiffusion on the formation of interfaces in nanostructured (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N multielement coatings // Technical Physics Letters. — 2013. — Vol. 39, No. 3. — P. 280—283.
Liang C., Tsai D. C., Chang Z. C., Lin T. N., Shiao M. H., Shieu F. S. Thermally Stable TiVCrZrHf Nitride Films as Diffusion Barriers in Copper Metallization // Electrochem. Solid State Lett. — 2012. — Vol. 15. — P. H5—H8.
Chang Y., Wang C. Y., Li C. E., Huang Y. C. 5-nm-Tchick (AlCrTaTiZrRu)N0,5 multi — component barrier layer with high diffusion resistance for Cu inerconnects // Nanosci. Nanotechnol. Lett. — 2011. — P. 289—293.
Tsai M. H., Wang C. W., Lai C. H., Yeh J. W., Gan J. Y. Thermally stable amorphous (AlMoNbSiTaTiVZr)50N50 nitride film as diffusion barrier in copper metallization // Appl. Phys. Lett. — 2008. — Vol. 92. — P. 052109—1—3.
Tsai D.-Ch., Chang Z.-Ch., Kuo L.-Y, Lin T.-J., TLin T.-N., Shieu F. Sh. Solid solution coating of (TiVCrZrHf)N with unusual structural evolution// Surface and Coatings Technology. — 2013. — Vol. 217. — P. 84—87.
Cheng K.-H., Lai Ch.-H., Lin S.-J., Yeh J.-W. Structural and mechanical properties of multi-element (AlCrMoTaTiZr)Nx coatings by reactive magnetron sputtering // Thin Solid Films. — 2011. — Vol. 519. — P. 3185—3190.
Соболь О. В., Андреев А. А., Горбань В. Ф., Крапивка Н. А., Столбовой В. А., Сердюк И. В., Фильчиков В. Е. О воспроизводимости однофазного структурного состояния многоэлементной высокоэнтропийной системы Ti-V-Zr-Nb-Hf и высокотвердых нитридов на ее основе при их формировании вакуумно-дуговым методом // ПЖТФ. — 2012. — Т. 38, № 13. — С. 40—47.
35. Nose M., Chiou W. A., Zhou M., Mae T., Meshii M. Microstructure and mechanical properties of Zr-Si-N films prepared by rf-reactive sputtering // J. Vac. Sci. Technol., A. — 2002. — Vol. 20. — P. 823—828.
Louro C., Cavaleiro A., Mortemor F. How is the chemical bonding of W-Si-N sputtered coatings // Surf. Coat. Technol. — 2001. — Vol. 142—144. — P. 964—970.
Rebouta L., Tavares C. J., Aimo R., Wang Z., Pischow K., Alves E., Rojas T. C., Odriozola J. A. Hard nanocomposite Ti-Si-N coatings prepared by DC reactive magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology. — 2000. — Vol. 133—134. — P. 234—239.
Veprek S., Reiprich S. A concept for the design of novel superhard coatings // Thin Solid Films. — 1995. — Vol. 268. — P. 64—71.
Musil J., Dohnal P., Zeman P. Physical properties and high-temperature oxidation resistance of sputtered Si3N4/MoNx nanocomposite coatings // J. Vac. Sci. Tech., B. — 2005. — Vol. 23. — P. 1568—1575.
Кунченко Ю. В., Кунченко В. В., Неклюдов И. М., Картмазов Г. Н., Андреев А. А. Слоистые Ti-Cr-N покрытия, получаемые методом вакуумно-дугового осаждения // ВАНТ, серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. — 2007. — № 2 (90). — С. 203—214.
Howe B., Bareño J., Sardela M., Wen J. G., Greene J. E., Voevodin A. A., Petrov I. Growth and physical properties of epitaxial metastable Hf1-xAlxN alloys deposited on MgO (00l) by ultrahigh vacuum reactive magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology. — 2007. — Vol. 202. — P. 809—814.
Погребняк А. Д., Шпак А. П., Береснев В. М., Кирик Г. В., Колесников Д. А., Комаров Ф. Ф., Конарский П., Махмудов Н. А., Каверин М. В., Грудницкий В. В. Стехиометрия, фазовый состав и свойства сверхтвердых нано-структурных пленок Ti-Hf-Si-N, полученных с помощью вакуумно-дугового источника в высокочастотном разряде. // ПЖТФ. — 2011. — Т. 37, № 13. — С. 91—97.
Блинков И. В., Волхонский А. О., Аникин В. Н., Петржик М. И., Деревцова Д. Е. Фазовый состав и свойства износостойких Ti-Al-Cr-Zr-Nb-N покрытий, полученных методом физического ос-аждения из газовой фазы // Физика и химия обработки материалов. — 2010. — № 4. — С. 37—43.
Погребняк А. Д., Шпак А. П., Азаренков Н. А., Береснев В. М. Структура и свойства твердых и сверхтвердых нанокомпозитных покрытий // УФН. — 2009. — Т. 179, № 1. — С. 35—64
Азаренков Н. А., Соболь О. В., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Литовченко С. В., Иванов О. Н. Материаловедение неравновесного состояния модифицированной поверхности. — Сумы: Сумской государственный университет, 2012. — 682 с.
Азаренков Н. А., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Колесников Д. А. Наноструктурные покрытия и наноматериалы. — М.: Книжный дом «Либриком», 2013. — 368 с.
Pogrebnjak A. D., Beresnev V. M. Hard Nanocomposite Coatings, Their Structure and Properties. In Books «Nanocomposites — New Trends and Developments», Ch. 6. — 2012. — P. 123—160.
Коротаев А. Д., Мошков В. Ю., Овчинников С. В., Пинжин Ю. П., Савостиков В. М., Тюменцев А. Н. Наноструктурные и нанокомпозитные сверхтвердые покрытия // Физическая мезомеханика. — 2005. — Т. 8, № 5. — С. 103—116.
Uchida М., Nihira N., Mitsuo A., Toyoda K., Kubota K., Aizawa T. Friction and wear properties of CrAlN and CrVN films deposited by cathodic arc ion plating method // Surf. Coat. Technol. — 2004. — Vol. 177—178. — P. 627—630.
Yeh J.-W., Chen S.-K., Lin S.-J., Gan J.-Y., Chin T.-S., Shun T.-T., Tsau C.-H., Chang S.-Y. Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes // Adv. Eng. Mater. — 2004. — Vol. 6, No. 5. — P. 299—303.
Musil J. «Properties of hard nanocomposite thin films», in Nanocomposite Thin Films and Coatings: Processing, Properties and Performance, Ch. 5, Eds. S. Zhang, A. Nasar. — London: Imperial College Press, 2007. — P. 281—328.
Zeman P., Musil J., Daniel R. High-temperature oxidation resistance of Ta-Si-N films with a high sicontent // Surf. and Coat. Technol. — 2006. — Vol. 200. — P. 4091—4096.
Musil J., Zeman P. Nanocomposite Hard a-Si3N4/ MeNx Coatings with High Thermal Stability and High Oxidation Resistance // Solid State Phenomen. — 2007. — Vol. 127. — P. 31—36.
Roos J. P., Celis J. P., Vancoille E., Veltrop H., Boelens S., Jungblut F., Ebberink J., Homberg H. Interrelationship between processing, coatingproperties and functional properties of steered arc physically vapour deposited (Ti, AI)N and (Ti, Nb)N coatings // Thin Solid Films, 1990. — Vol. 193—194. — P. 547—556.
Braic V., Vladescu A., Balaceanu M., Luculescu C. R., Braic M. Nanostructured multi-element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C hard coatings. // Surf. Coat. Technol. — 2011. — Vol. 211, No. 25. — P. 117—121.
Braic V., Vladescu A., Balaceanu M., Luculescu C. R., Braic M. Nanostruc-tured multi-element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C hard coatings // Surface and Coatings Technology. — 2012. — Vol. 211. — P. 117—121.
Hasegawaa Н., Yamamotoa Т., Suzukia Т., Yamamoto К. The effects of deposition temperature and post-annealing on the crystal structure and mechanical property of TiCrAlN films with high Al contents // Surface & Coatings Technology. — 2006. — Vol. 200. — P. 2864—2869.
Наноструктурные покрытия // под ред. А. Кавалейро и Д. де Хоссона. — М.: Техносфера, 2011. — 792 с.
Берлин Е. В., Сейдман Л. А. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологии. — М.: Техносфера, 2010. — 528 с.
Sobol O. V., Pogrebnjak A .D., Beresnev V. M. Effect of the preparation conditions on the phase composition, structure, and mechanical characteristics of vacuum-arc Zr-Ti-Si-N coatings // The Physics of Metals and Metallography. — 2011. — Vol. 112, No. 2. — Р. 118—195.
Lai С. Н., Tsai М. Н., Lin S. J., Yeh J. W. Influence of substrate temperature on structure and mechanical, properties of multi-element (AlCrTaTiZr)N coatings // Surf. Coat. Technol. — 2007. — Vol. 201. — P. 6993—6998.
Pierson Y. O. Handbook of Refractory Carbides and Nitrides: Noyes, New Jersey, 1969. — 331 p.
Азаренков Н. А., Соболь О. В., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Колесников Д. А., Турбин П. В., Торяник И. Н. Вакуумно-плазменные покрытия на основе многоэлементных нитридов // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 8. — С. 1001—1024.
Chen T. K., Shun T. T., Yeh J. W., Wong M. S. Nanostructured nitride films of multi-element high-entropy alloys by reactive DC sputtering // Surf. Coat. Technol. — 2004. — Vol. 188— 189. — P. 193—200.
Tsai D. C., Huang Y. L., Lin S. R., Liang S. C., Shieu F. S. Effect of nitrogen flow ratios on the structure and mechanical properties of (TiVCrZrY)N coatings prepared by reactive magnetron sputtering // Appl. Surf. Sci. — 2010. — Vol. 257. — P. 1361—1367.
Lin C. H., Duh J. G., Yeh J. W. Surf. Multi-component nitride coatings derived from Ti-Al-Cr-Si-V target in RF magnetron sputter // Coat. Technol. — 2007. — Vol. 201. — P. 6304—6308.
Chang H. W., Huang P. K., Davison A., Yeh J. W., Tsau C. H., Yang C. C. Nitride films deposited from an equimolar Al-Cr-Mo-Si-Ti alloy target by reactive direct current magnetron sputtering // Thin Solid Films. — 2008. — Vol. 516. — P. 6402—6408.
Tsai M. H., Lai C. H., Yeh J. W., Gan J. Y. Effects of nitrogen flow ratio on the structure and properties of reactively sputtered (AlMoNbSiTaTiVZr)Nx coatings // J. Phys. D: Applied Phys. — 2008. — Vol. 41. — P. 235402—1.
Huang P. K., Yeh J. W. Effects of nitrogen content on structure and mechanical properties of multi-element (AlCrNbSiTiV)N coating // J. Surf. Coat. Technol. — 2009. — Vol. 203. — P. 1891—1896.
Pogrebnyak A. D., Beresnev V. M., Kolesnikov D. A., Kaverin M. V., Shipilenko A. P., Oyoshi K., Takeda Y., Abrasonics G., Krause-Rehberg R., Ponamarev A. G. The effect of segregation and thermodiffusion on the formation of interfaces in nanostructured (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N multielement coatings // Technical Physics Letters. — 2013. — Vol. 39, No. 3. — P. 280—283.
Liang C., Tsai D. C., Chang Z. C., Lin T. N., Shiao M. H., Shieu F. S. Thermally Stable TiVCrZrHf Nitride Films as Diffusion Barriers in Copper Metallization // Electrochem. Solid State Lett. — 2012. — Vol. 15. — P. H5—H8.
Chang Y., Wang C. Y., Li C. E., Huang Y. C. 5-nm-Tchick (AlCrTaTiZrRu)N0,5 multi — component barrier layer with high diffusion resistance for Cu inerconnects // Nanosci. Nanotechnol. Lett. — 2011. — P. 289—293.
Tsai M. H., Wang C. W., Lai C. H., Yeh J. W., Gan J. Y. Thermally stable amorphous (AlMoNbSiTaTiVZr)50N50 nitride film as diffusion barrier in copper metallization // Appl. Phys. Lett. — 2008. — Vol. 92. — P. 052109—1—3.
Tsai D.-Ch., Chang Z.-Ch., Kuo L.-Y, Lin T.-J., TLin T.-N., Shieu F. Sh. Solid solution coating of (TiVCrZrHf)N with unusual structural evolution// Surface and Coatings Technology. — 2013. — Vol. 217. — P. 84—87.
Cheng K.-H., Lai Ch.-H., Lin S.-J., Yeh J.-W. Structural and mechanical properties of multi-element (AlCrMoTaTiZr)Nx coatings by reactive magnetron sputtering // Thin Solid Films. — 2011. — Vol. 519. — P. 3185—3190.
Соболь О. В., Андреев А. А., Горбань В. Ф., Крапивка Н. А., Столбовой В. А., Сердюк И. В., Фильчиков В. Е. О воспроизводимости однофазного структурного состояния многоэлементной высокоэнтропийной системы Ti-V-Zr-Nb-Hf и высокотвердых нитридов на ее основе при их формировании вакуумно-дуговым методом // ПЖТФ. — 2012. — Т. 38, № 13. — С. 40—47.
35. Nose M., Chiou W. A., Zhou M., Mae T., Meshii M. Microstructure and mechanical properties of Zr-Si-N films prepared by rf-reactive sputtering // J. Vac. Sci. Technol., A. — 2002. — Vol. 20. — P. 823—828.
Louro C., Cavaleiro A., Mortemor F. How is the chemical bonding of W-Si-N sputtered coatings // Surf. Coat. Technol. — 2001. — Vol. 142—144. — P. 964—970.
Rebouta L., Tavares C. J., Aimo R., Wang Z., Pischow K., Alves E., Rojas T. C., Odriozola J. A. Hard nanocomposite Ti-Si-N coatings prepared by DC reactive magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology. — 2000. — Vol. 133—134. — P. 234—239.
Veprek S., Reiprich S. A concept for the design of novel superhard coatings // Thin Solid Films. — 1995. — Vol. 268. — P. 64—71.
Musil J., Dohnal P., Zeman P. Physical properties and high-temperature oxidation resistance of sputtered Si3N4/MoNx nanocomposite coatings // J. Vac. Sci. Tech., B. — 2005. — Vol. 23. — P. 1568—1575.
Кунченко Ю. В., Кунченко В. В., Неклюдов И. М., Картмазов Г. Н., Андреев А. А. Слоистые Ti-Cr-N покрытия, получаемые методом вакуумно-дугового осаждения // ВАНТ, серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. — 2007. — № 2 (90). — С. 203—214.
Howe B., Bareño J., Sardela M., Wen J. G., Greene J. E., Voevodin A. A., Petrov I. Growth and physical properties of epitaxial metastable Hf1-xAlxN alloys deposited on MgO (00l) by ultrahigh vacuum reactive magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology. — 2007. — Vol. 202. — P. 809—814.
Погребняк А. Д., Шпак А. П., Береснев В. М., Кирик Г. В., Колесников Д. А., Комаров Ф. Ф., Конарский П., Махмудов Н. А., Каверин М. В., Грудницкий В. В. Стехиометрия, фазовый состав и свойства сверхтвердых нано-структурных пленок Ti-Hf-Si-N, полученных с помощью вакуумно-дугового источника в высокочастотном разряде. // ПЖТФ. — 2011. — Т. 37, № 13. — С. 91—97.
Блинков И. В., Волхонский А. О., Аникин В. Н., Петржик М. И., Деревцова Д. Е. Фазовый состав и свойства износостойких Ti-Al-Cr-Zr-Nb-N покрытий, полученных методом физического ос-аждения из газовой фазы // Физика и химия обработки материалов. — 2010. — № 4. — С. 37—43.
Published
2017-03-24
How to Cite
Торяник, И. Н., Немченко, У. С., Погребняк, А. Д., Соболь, О. В., Гранкин, С. С., Турбин, П. В., & Битиманова, С. С. (2017). Physical formation of multiple, composite (multiphase) coatings obtained by ion-plasma methods. Journal of Surface Physics and Engineering, 12(1), 100-113. Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/pse/article/view/8235
Section
Статті
У відповідності з типовим шаблоном.
