Материал: Изучение функциональных свойств многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонентных нитридов тугоплавких металлов и их соединений с легкоплавкими металлами и неметаллами

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Многократное увеличение размеров несплошности поверхности МП на основе TiN (ZrN) слоев; разрушение их элементов; изменение цвета, а значит, и состава пленки, вызванные неудовлетворительными ТехП и ТемП, приводит к значительному ухудшению ФМС и трибологических свойств МП на основе TiN (ZrN) слоев, увеличению их изнашивающей способности по отношению к контртелу.

Вследствие невысоких значений напряжений они не относятся к основным причинам изменения свойств МП на основе TiN (ZrN) слоев. Можно предположить, что одной из основных причин упрочнения материала слоя является его наноструктурное состояние.

Физико-механические свойства многослойных пленок на основе двухкомпонентных TiN (ZrN) слоев в зависимости от способа осаждения слоев приведены в табл. 3.1 (для магнетронного распыления) и в табл. 3.2 (для электродугового испарения).

На ФМС и ИАС многослойных пленок на основе TiN (ZrN) слоев оказывает влияние направление преимущественного кристаллографического ориентирования их основных фаз (табл. 3.3). Оптимальное сочетание ФМС, минимальный износ контртела и минимальный f соответствует МП с направлением кристаллографического ориентирования основной фазы c-TiN (c-ZrN) – (111) и максимальным содержанием N2 в пленках.

Всвязи со сложностью и многообразием процессов, участвующих

вформировании TiN (ZrN) слоев, уникальным комплексом ФМС и адгезионных свойств обладают наноструктурированные TiN (ZrN) слои на основе

(111)c-TiN ((111) с-ZrN) фазы с минимальной объемной долей (101) h-TiN0,3 ((002) h-ZrN0,28) фазы, размером ОКР = 10…20 нм, равномернозернистой

поверхностной структурой с равноосными зернами, минимальной дефектностью и шероховатостью, максимальной степенью текстурированности, сформированные при оптимальных ТехП и ТемП: Тс = (0,200…0,225) Тпл

(табл. 3.4).

При незначительном понижении ТемП до Тс = (0,200…0,225) Тпл у сформированных TiN (ZrN) слоев наблюдается значительный раз-

брос ФМС (Е = 197…360 ГПа; Н = 26…29 ГПа; Н/Е = 0,08…0,14;

HU 3pl /Е*2 = 0,14…0,39 ГПа и Wе = 9…62 %), ухудшение трибологических

свойств (f = 0,07…0,12; Мтр = 0,09…0,13 нм; ∆m = 7,1…39,0 мг; Iпm = 9,37…44,57·10–5 мг·Н–1·м–1 и IпV = 0,48…7,59·10–4 мм3·Н–1·м–1) и уве-

личение изнашивающей способности поликристаллических TiN (ZrN) слоев по отношению к контртелу ( IкV = 0,88…51,59·10–8 мм3·Н–1·м–1

и Vк = 0,84…2,11·10–3 мм·с–1.

Таблица 3 . 1

Физико-механические свойства многослойных пленок на основе двухкомпонентных TiN (ZrN) слоев, сформированных МР (в числителе – значения для TiN слоя, в знаменателе – для ZrN слоя)

ТехП		Материал	δ, мкм	Н, ГПа	*	Е, ГПа		Н/Е	HU pl3 /E*2,		Wе, %	Sотп·105,
ТехП		подложки	δ, мкм	Н, ГПа	Е , ГПа	Е, ГПа		Н/Е		ГПа	Wе, %		мкм2	SRC
										ГПа
1	2	3	4	5	6	7	8		9		10	11		12
Р, Па	0,8	Ст3/ВК8	2,7	27	209	197	0,12		0,35		92	12,16		–

			2,7	32	316	297	0,11		0,63		68	7,33
			2,7	32	316	297	0,11		0,63		68	7,33
	1,01	Ст3/ВК8	3,1	32	361	340	0,10		0,64		68	5,21		–

			2,8	35	240	226	0,14		1,31		76	2,15
			2,8	35	240	226	0,14		1,31		76	2,15

	1,2	Ст3/ВК8	3,2	30	299	281	0,11		0,58		65	3,56		–

			3,0	28	318	299	0,10		0,39		59	7,67
			3,0	28	318	299	0,10		0,39		59	7,67
	1,4	Ст3/ВК8	3,4	27	364	343	0,08		0,23		53	8,26		–

			3,2	25	345	325	0,08		0,13		52	9,63
			3,2	25	345	325	0,08		0,13		52	9,63

N, кВт	1,70	Ст3/ВК8	1,9	27	331	312	0,09		0,32		56	8,08		–

			1,8	26	352	332	0,08		0,14		53	9,25
			1,8	26	352	332	0,08		0,14		53	9,25

	2,42	Ст3/ВК8	3,0	36	331	312	0,12		0,88		69	6,28		–

			3,5	31	309	291	0,11		0,65		68	7,55
			3,5	31	309	291	0,11		0,65		68	7,55

	3,00	Ст3/ВК8	3,3	30	376	354	0,08		0,30		56	7,65		–

			4,1	27	331	311	0,09		0,32		56	7,67
			4,1	27	331	311	0,09		0,32		56	7,67
Uсм, В	40	Ст3/ВК8	1,5	31	331	312	0,10		0,50		67	7,77		–

			2,5	30	549	517	0,06		0,14		55	7,76
			2,5	30	549	517	0,06		0,14		55	7,76
	60	Ст3/ВК8	2,0	32	326	308	0,11		0,64		68	7,63		–

			2,6	31	376	354	0,08		0,30		56	7,67
			2,6	31	376	354	0,08		0,30		56	7,67

L, мм	120	Ст3/ВК8	2,6	34	450	424	0,08		0,31		58	3,59		–

			2,4	32	326	308	0,11		0,64		68	6,59
			2,4	32	326	308	0,11		0,64		68	6,59

	140	Ст3/ВК8	2,2	31	549	517	0,06		0,23		55	7,56		–

			1,8	31	331	312	0,10		0,50		67	7,56
			1,8	31	331	312	0,10		0,50		67	7,56

	160	Ст3/ВК8	1,9	27	364	343	0,08		0,14		53	9,79		–

			1,5	28	382	360	0,08		0,25		54	7,79
			1,5	28	382	360	0,08		0,25		54	7,79

VDI-3198			σт,
VDI-3198			ГПа
13
13		14
	HF-3

		0,13
	HF-2		0,12
	HF-1
	HF-1	0,23
	HF-1		0,09
	HF-1
	HF-1	0,19
	HF-2		0,13
	HF-2
	HF-2	0,24
	HF-3
	HF-3	0,18
	HF-2
	HF-2	0,21
	HF-3		0,10
	HF-2
	HF-2	0,23
	HF-2		0,12
	HF-2
	HF-2	0,25
	HF-2		0,14
	HF-2
	HF-2	0,20
	HF-2		0,21
	HF-2
	HF-2	0,20
	HF-2		0,15
	HF-1
	HF-1	0,28
	HF-2		0,12
	HF-2
	HF-2	0,34
	HF-2		0,13
	HF-3
	HF-3	0,22
	HF-2		0,14

Окончание табл. 3 . 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13		14
													HF-2
N2, %	30	Ст3/ВК8	2,0	28	292	275	0,10	0,45	61	8,37	–		HF-2	0,18


			2,4	27	364	343	0,08	0,23	53	8,21			HF-2	0,14
			2,4	27	364	343	0,08	0,23	53	8,21			HF-2	0,14
	50	Ст3/ВК8	3,2	28	382	360	0,08	0,25	54	7,14	–		HF-2	0,24

			3,1	32	322	303	0,11	0,66	68	7,48			HF-2	0,13
			3,1	32	322	303	0,11	0,66	68	7,48			HF-2	0,13
													HF-3

	70	Ст3/ВК8	3,6	27	364	343	0,08	0,23	53	9,25	–			0,23


			3,5	28	323	305	0,09	0,37	57	7,74			HF-2	0,13
			3,5	28	323	305	0,09	0,37	57	7,74			HF-2	0,13

11,0 Па; 80 В; 100 мм; 35 % N2; 2,54 кВт – для TiN слоя; 2,09 кВт – для ZrN слоя.

2We подложки ввиду отслоения слоя пленки.

Таблица 3 . 2

Физико-механические свойства многослойных пленок на основе двухкомпонентных TiN (ZrN) слоев, сформированных ЭДИ (в числителе – значения для TiN слоя, в знаменателе – для ZrN слоя)

ТехП		Материал	δ, мкм	Н, ГПа	*	Е, ГПа		Н/Е	HU pl3 /E*2,	Wе, %	Sотп·105,				σт,
ТехП		подложки	δ, мкм	Н, ГПа	Е , ГПа	Е, ГПа		Н/Е	ГПа	Wе, %	мкм2	SRC	VDI-3198		ГПа
									ГПа

1	2	3	4	5	6	7	8		9	10	11	12	13	14
Р, Па	0,6	Ст3	3,5	27	209	197	0,14		0,45	92	7,99	–	HF-2	0,16

			4,0	26	249	235	0,11		0,30	52	9,50		HF-2	0,09
			4,0	26	249	235	0,11		0,30	52	9,50		HF-2	0,09

	0,8	Ст3	4,0	28	408	385	0,07		0,20	52	7,14	–	HF-2	0,32

			5,0	27	374	353	0,08		0,14	55	7,16		HF-2	0,20
			5,0	27	374	353	0,08		0,14	55	7,16		HF-2	0,20
	1,01	Ст3	5,0	36	411	387	0,09		1,31	64	0,94	–	HF-1	0,38

			5,5	30	333	314	0,10		0,46	62	0,86		HF-1	0,23
			5,5	30	333	314	0,10		0,46	62	0,86		HF-1	0,23
	1,2	Ст3/	6,0	32	405	382	0,08		0,22	57	7,39	–	HF-2	0,34
		ВК8
			6,0	29	376	354	0,08		0,30	56	7,65		HF-2	0,21
			6,0	29	376	354	0,08		0,30	56	7,65		HF-2	0,21
	1,4	Ст3	7,0	28	408	385	0,07		0,20	52	7,23	–	HF-2	0,35

			6,5	28	358	337	0,08		0,18	55	8,24		HF-2	0,21
			6,5	28	358	337	0,08		0,18	55	8,24		HF-2	0,21

Окончание табл. 3 . 2

1	2	3	4		5		6		7		8		9		10		11		12	13		14
Iд, А	90	Ст3		6,0		31	450		424		0,07		0,21		56		8,16		–	HF-2		0,39

				6,5		28	382		360		0,08		0,25		54		8,25			HF-2		0,24
				6,5		28	382		360		0,08		0,25		54		8,25			HF-2		0,24

	100	Ст3		7,0		30	549		517		0,06		0,14		55		9,23		–	HF-2		0,49

				7,5		27	364		343		0,08		0,23		53		9,12			HF-2		0,30
				7,5		27	364		343		0,08		0,23		53		9,12			HF-2		0,30

Uсм, В	80	Ст3		3,0		27	483		459		0,06		0,09		53		8,27		–	HF-2		0,36

				3,5		27	209		197		0,14		0,35		92		8,12			HF-2		0,22
				3,5		27	209		197		0,14		0,35		92		8,12			HF-2		0,22
	100	Ст3		3,5		27	471		448		0,06		0,10		56		7,05		–	HF-2		0,37

				4,0		28	364		343		0,08		0,16		53		7,85			HF-2		0,23
				4,0		28	364		343		0,08		0,16		53		7,85			HF-2		0,23
	150	Ст3	4,0		29		464		442		0,07		0,13		56		7,23		–	HF-2		0,38
				5,0		28		324		305		0,09		0,37		57		7,71			HF-2		0,23
	250	Ст3		6,0		26	306		289		0,09		0,33		62		2,94		–	HF-1		0,27

				6,0		29	356		336		0,08		0,18		56		3,15			HF-1		0,16
				6,0		29	356		336		0,08		0,18		56		3,15			HF-1		0,16

L, мм	400	Ст3		2,0		27	364		343		0,08		0,23		53		9,60		–	HF-3		0,25

				2,5		27	320		301		0,09		0,19		53		8,26			HF-3		0,16
				2,5		27	320		301		0,09		0,19		53		8,26			HF-3		0,16

	360	Ст3		3,0		26	306		289		0,09		0,33		62		7,23		–	HF-2		0,23

				3,0		27	331		312		0,09		0,32		54		8,02			HF-2		0,14
				3,0		27	331		312		0,09		0,32		54		8,02			HF-2		0,14

	330	Ст3		4,0		28	348		326		0,09		0,31		62		1,95		–	HF-1		0,25

				3,5		28	348		328		0,09		0,31		56		1,48			HF-1		0,15
				3,5		28	348		328		0,09		0,31		56		1,48			HF-1		0,15
	300	Ст3		4,5		32	405		382		0,08		0,22		57		1,24		–	HF-1		0,28

				4,0		28	382		360		0,08		0,25		62		1,14			HF-1		0,17
				4,0		28	382		360		0,08		0,25		62		1,14			HF-1		0,17
N2, %	30	Ст3		4,0		27	209		197		0,14		0,64		92		10,03		–	HF-3		0,15

				3,5		26	209		197		0,12		0,35		92		9,63			HF-3		0,09
				3,5		26	209		197		0,12		0,35		92		9,63			HF-3		0,09
	50	Ст3		4,0		28	193		182		0,15		0,35		122		8,24		–	HF-3		0,14

				4,0		27	204		343		0,08		0,23		122		8,25			HF-3		0,14
				4,0		27	204		343		0,08		0,23		122		8,25			HF-3		0,14
	70	Ст3		4,5		29	348		326		0,09		0,21		52		7,26		–	HF-2		0,26

				5,0		28	318		299		0,10		0,39		59		7,24			HF-2		0,16
				5,0		28	318		299		0,10		0,39		59		7,24			HF-2		0,16

1Р = 1,0 Па; L = 270 мм; Iд = 80 А; Uсм = 200 В; N2 = 90 %.

2We подложки ввиду отслоения слоя пленки.

Таблица 3 . 3

Зависимость ФМС и ИАС многослойных пленок на основе двухкомпонентных TiN (ZrN) слоев от направления преимущественного кристаллографического ориентирования входящих фаз

Тип текстуры	Н/Е	H 3/E2,	Wе, %	IпV , ·10–4	IkV , ·10–8	f
		ГПа
				мм3·Н–1·м–1
				мм3·Н–1·м–1
(111) TiN	0,1	0,64	68	0,08	0,61	0,08
(311) TiN	0,14	0,45	9	2,96	12,09	0,18
(101) TiN0,3	0,14	0,64	9	25,13	26,07	0,12
(111) ZrN	0,14	1,31	76	0,12	0,33	0,08
(200) ZrN	0,06	0,14	55	3,5	3,77	0,11
(002) ZrN0,28	0,08	0,23	53	26,78	12,7	0,25

Таблица 3 . 4

Зависимость ФМС, ИАС и адгезионных свойств многослойных пленок на основе двухкомпонентных TiN (ZrN) слоев от направления преимущественного кристаллографического ориентирования входящих фаз

Пленка/метод	Н, ГПа	Е, ГПа	Н/Е	HU pl3 /Е*2,	Wе, %	Sотп, ·105
осаждения	Н, ГПа	Е, ГПа	Н/Е	ГПа	Wе, %	мкм2
				ГПа
(111) TiN/МР	35	340	0,10	0,64	68	5,21
(111) ZrN/МР	31	226	0,14	1,31	76	2,15
(111) TiN/ЭДИ	36	387	0,09	0,31	64	0,94
(111) ZrN/ЭДИ	30	314	0,10	0,46	62	0,86

Примечание. Для всех пленок SRC = 0 и VDI-3198 – HF-1.

К ухудшению функциональных свойств МП на основе TiN (ZrN) слоев приводят структурные и фазовые превращения, приводящие: к увеличению размера ОКР; уменьшению объемной доли основной кубической фазы; анизотропии скоростей формирования по различным направлениям, приводящей к смене однокомпонентной текстуры на двух- и многокомпонентную и разупорядочиванию структуры слоя, уменьшению степени текстурированности, увеличению количества и размеров поверхностных структурных образований с зернистой подструктурой и рост ориентированных напряжений в TiN, ZrN слоях.

При дальнейшем уменьшении ТемП до Тс < 0,212Тпл деградация функциональных свойств TiN (ZrN) слоев вызвана увеличением размера ОКР, ростом объемной доли гексагональной фазы и фазовым переходом ее

Смотрите также:


«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
Проактивные методы PR-деятельности российских авиационных компаний «Россия», «Азимут»
__RGR2
__RGR2
_10_Эмиль Золя для эл версии
_11_А. Франс для эл версии
_2 тема-Дефекты (тезисы)