Влияние аргона на структуру и свойства Ti-Si-N-покрытий, полученных при вакуумно-дуговом осаждении в газовой смеси «азот + аргон»

Abstract

Методами структурного анализа (рентгеновская дифрактометрия и высокоразрешающая сканирующая электронная микроскопия) в сочетании с элементным анализом и изучением твердости микроиндентированием исследовано влияние аргона в смеси газов N₂+Ar на элементно-фазово-структурное состояние и микротвердость вакуумно-дуговых покрытий системы Ti-Si-N. Установлена возможность получения в смеси N₂+Ar (8…12 %) сверхтвердого состояния (твердость около 50 ГПа). Показано, что такое состояние определяется нанометровым (25…30 нм) размером кристаллитов нитрида и текстурой роста с семейством плоскостей {100}, параллельных поверхности роста, что соответствует минимуму поверхностной энергии. Особенностью процесса осаждения в смеси N₂ + Ar при давлении р > 5·10⁻³ Торр является повышение эффективности ионизации пленкообразующих частиц, приводящее к увеличению твёрдости конденсата. Обсуждены механизмы ионно-атомного взаимодействия в газовой среде с аргоновой составляющей.

Методами структурного аналізу (рентгенівська дифрактометрія і високоришальна скануюча електронна мікроскопія) у поєднанні з елементним аналізом і вивченням твердості мікроіндентуванням досліджений вплив аргону в суміші газів N₂+Ar на елементно-фазово-структурний стан і мікротвердість вакуумно- дугових покриттів системи Ti-Si-N. Встановлена можливість отримання в суміші N₂+Ar (8…12 %) надтвердого стану (твердість близько 50 ГПа). Показано, що такий стан визначається нанометровим (25…30 нм) розміром кристалітів нітриду і текстурою зростання з сімейством площин {100}, паралельних поверхні росту, що відповідає мінімуму поверхневої енергії. Особливістю процесу осадження в суміші N₂+Ar при тиску р > 5·10⁻³ Торр є підвищення ефективності іонізації плівкоутворюючих часток, що призводить до збільшення твердості конденсату. Обговорені механізми іонно-атомної взаємодії в газовому середовищі з аргоновою складовою.

Influence of argon in mixture of gases N₂+Ar on elemental-phase-structural state and micro hardness of vacuumarc coating of system Ti-Si-N was researched by methods of structure analysis (x-ray diffractometry and highresolution scanning electronic microscopy) in combination with elemental analysis and studying of hardness by micro indentation. The opportunity of reception in mixture N₂+Ar (8…12 %) superhard state (hardness nearby 50 ГПа) was demonstrated. It is shown, that such state is defined nanometer (25…30 nanometers) by size of crystal grains of nitride and growth of the texture with family of planes {100}, which parallel surface of growth that corresponds to minimum of surface energy. Feature of process of deposition in mixture N₂+Ar at pressure 5·10⁻³ Торр is increasing of efficiency of ionization of the film-forming particles, leading magnification of hardness of condensate. Mechanisms of ionic-atomic interaction in gas medium with argon component are discusses.