The Influence of Layers Thickness on the Structure and Properties of Bilayer Multiperiod Coatings Based on Chromium Nitride and Nitrides of Transition Metals Ti and Mo
Вантажиться...
Дата
2018
DOI
doi.org/10.21272/jnep.10(1).01010
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Sumy State University
Анотація
The influence of the layers thickness of bilayer multi-period coatings of the CrNx/MoNx and CrNx/TiNx systems on their phase-structural state, substructure, stress-strain state and mechanical properties was studied using methods of precision structural analysis in combination with computer simulation of implantation processes during particle deposition. It is established that a two-phase structure of CrN and-Mo2N phases of the structural type NaCl is formed in the multi-period coatings of the CrNx/MoNx system with a nanometer thickness of the layers. Because of the small difference in periods (less than 0.5 %) for Λ = 20 nm, the layers form a coherent interlayer interface. The use of small Ub – 20 V during deposition makes it possible to avoid significant mixing at interlayer (interphase) boundaries even at the smallest Λ = 10 nm. Nitride layers formed under conditions of vacuum arc deposition are under the action of compressive stresses. In the СrNх/TiNх system, because of the relatively large discrepancy between periods (more than 2.5 %), during the formation of the same structural components in the layers (CrN and TiN phases of the structural type NaCl), the epitaxial growth with period adjusting does not occur, even for the smallest Λ = 10 nm. The action of the deformation factor at the interphase boundary allows achieving an ultrahard state (with a hardness of about 50 GPa), which causes a relatively low friction coefficient. The obtained results on the formation of phase-structural states with the nanoscale thickness of layers of multi-period nitride coatings are explained from the position of minimization of surface energy and deformation energy.
Методами прецизійного структурного аналізу в поєднанні з комп’ютерним моделюванням імплантаційних процесів при осадженні прискоренних частинок досліджено вплив товщини шарів двошарових багатоперіодних покриттів систем CrNx/MoNx і СrNх/TiNх на їх структурно фазовий стан, субструктуру, напружено-деформований стан і механічні властивості. Встановлено, що в багатоперіодних покриттях системи CrNx/MoNx нанометровою товщиною шарів формується двофазна структура з CrN і-Mo2N фаз структурного типу NaCl. Через малу різницю в періодах (менше 0,5 %) при Λ = 20 нм шари формують когерентний міжшаровий інтерфейс. Використання при осадженні низької Ub = – 20 В дозволяє уникнути істотного перемішування на міжшарових (міжфазних) границях навіть при найменшому Λ = 10 нм. Нітридні шари, які формуються в умовах вакуумно-дугового осадження знаходяться під дією напружень стиснення. В системі СrNх/TiNх через відносно велику невідповідності періодів (понад 2,5 %) при формуванні однотипних структурних складових в шарах (CrN і TiN фази структурного типу NaCl) епітаксіального зростання з пристосуванням періодів не відбувається навіть при найменшому Λ = 10 нм. Дія при цьому деформаційного фактора на міжфазній границі дозволяє досягти надтвердого стану (з твердістю близько 50 ГПа), що обумовлює відносно низький коефіцієнт тертя. Отримані результати по формуванню структурно фазових станів при нанорозмірній товщині шарів багатоперіодних нітридних покриттів пояснені з позиції мінімізації поверхневої енергії та енергії деформації.
Методами прецизійного структурного аналізу в поєднанні з комп’ютерним моделюванням імплантаційних процесів при осадженні прискоренних частинок досліджено вплив товщини шарів двошарових багатоперіодних покриттів систем CrNx/MoNx і СrNх/TiNх на їх структурно фазовий стан, субструктуру, напружено-деформований стан і механічні властивості. Встановлено, що в багатоперіодних покриттях системи CrNx/MoNx нанометровою товщиною шарів формується двофазна структура з CrN і-Mo2N фаз структурного типу NaCl. Через малу різницю в періодах (менше 0,5 %) при Λ = 20 нм шари формують когерентний міжшаровий інтерфейс. Використання при осадженні низької Ub = – 20 В дозволяє уникнути істотного перемішування на міжшарових (міжфазних) границях навіть при найменшому Λ = 10 нм. Нітридні шари, які формуються в умовах вакуумно-дугового осадження знаходяться під дією напружень стиснення. В системі СrNх/TiNх через відносно велику невідповідності періодів (понад 2,5 %) при формуванні однотипних структурних складових в шарах (CrN і TiN фази структурного типу NaCl) епітаксіального зростання з пристосуванням періодів не відбувається навіть при найменшому Λ = 10 нм. Дія при цьому деформаційного фактора на міжфазній границі дозволяє досягти надтвердого стану (з твердістю близько 50 ГПа), що обумовлює відносно низький коефіцієнт тертя. Отримані результати по формуванню структурно фазових станів при нанорозмірній товщині шарів багатоперіодних нітридних покриттів пояснені з позиції мінімізації поверхневої енергії та енергії деформації.
Опис
Ключові слова
vacuum arc, multi-period coatings, CrN, MoN, TiN, layer thicknessm, bias potential, phase composition, structure, computer simulation, hardness, friction coefficient, вакуумна дуга, хімічні реакції, твердість, комп'ютерне моделювання, коефіцієнт тертя, потенціал зсуву
Бібліографічний опис
The Influence of Layers Thickness on the Structure and Properties of Bilayer Multiperiod Coatings Based on Chromium Nitride and Nitrides of Transition Metals Ti and Mo / O. V. Sobol [et al.] // Journal of Nano- and Electronic Physics. – 2018. – Vol. 10, No. 1. – P. 01010-1–01010-6.