Структура и твердость Ti-N- и Ti-Si-N-покрытий, осажденных из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы

Abstract

Представлены результаты экспериментов по осаждению Ti-N- и Ti-Si-N-покрытий из фильтрованной плазмы вакуумно-дугового разряда с Ti- и Ti-7 вес.%Si-катодами при давлении азота 1·10⁻⁴ … 5·10⁻³ Торр и потенциале подложки 3…150 В. Установлено, что содержание примеси Si в Ti для пленок системы Ti-Si-N изменяется от 1 до 6 вес.% и сильно уменьшается при подаче отрицательного потенциала смещения на под-ложку. Рентгенографически изучены структура, текстура, субструктура и напряженное состояние покрытий. Основными кристаллическими фазами в покрытиях являются TiN и твердый раствор (Ti,Si)N со структурой типа NaCl. В исследованном диапазоне концентраций кремния размер областей когерентного рассеяния (ОКР) в пленках (Ti,Si)N существенно не отличается от ОКР в TiN. Высокая нанотвердость полученных покрытий (33…39 ГПа) обусловлена крайне дефектной кристаллической решеткой и высоким уровнем сжимающих остаточных напряжений. Введение Si в TiN-покрытия увеличивает их твердость.

Наведено результати експериментів по осадженню Ti-N- та Ti-Si-N-покриттів з фільтрованої плазми вакуумно-дугового розряду з Ti- й Ti-7 ваг.%Si-катодів при тиску N2 1·10⁻⁴ … 5·10⁻³ Торр и потенціалі підкладки 3…150 В. Встановлено, що вміст домішки Si в Ti для плівок системи Ti-Si-N змінюється від 1 до 6 ваг.% і сильно зменшується при подачі потенціалу зміщення на підкладку. Рентгенографічно вивчено структура, текстура, субструктура та напружений стан покриттів. Основними кристалічними фазами в покриттях є TiN і твердий розчин (Ti,Si)N зі структурою типу NaCl. У дослідженому діапазоні концентрацій кремнію розмір областей когерентного розсіювання (ОКР) у плівках (Ti,Si)N істотно не відрізняється від ОКР в TiN. Висока нанотвердість отриманих покриттів (33…39 ГПа) обумовлена вкрай дефектною кристалічною решіткою та високим рівнем стискаючих залишкових напружень. Введення Si в TiN-покриття збільшує їх твердість.

Results of experiments on Ti-N and Ti-Si-N coatings deposition from the filtered vacuum-arc plasma with Ti and Ti-7 wt% Si cathodes at the nitrogen pressure range of 1·10⁻⁴ … 5·10⁻³ Torr and negative substrate potential of 3…150 V are presented. Si concentration in Ti-Si-N coatings is of 1…6 wt.% and is decreased when the value of the substrate potential increased. Structure, texture, sub-structure and stress level in the coatings were investigated by X-ray methods. TiN phase and (Ti,Si)N solid solution with the NaCl crystal structure were shown to be the main crystal phases in the coatings. At Si concentrations level achieved the value of the coherence area size in the (Ti,Si)N coatings is nearly of the same level as that in the TiN coatings. High nano-hardness of the coatings (33…39 GPa) is determined by the extremely defected crystal lattice and compressive stress of high level. Si introduction in the Ti-N coatings results in increasing in their hardness.