Mixing on the Boundaries of Layers of Multilayer Nanoperiod Coatings of the TiNх/ZrNх System: Simulation and Experiment

Abstract

Використовуючи комплекс методів атестації структурного стану в поєднанні з комп'ютерним моделюванням і вимірюванням механічних властивостей (твердості), досліджено вплив величини періоду Λ на процес перемішування на міжшарових границях багатошарових покриттів TiNх/ZrNх. У шарах багатоперіодної композиції TiNх/ZrNх з величиною періоду Λ = 20 ... 300 нм виявлено формування двох фаз (TiN і ZrN) з одним типом кристалічної решітки (структурний тип NaCl). При Λ = 10 нм на рентгендифракційних спектрах виявляється утворення твердого розчину (Zr, Ti)N, а також малого об'єму TiN фази. Наявність TiN складової обумовлена більшою вихідною величиною товщини шару на основі нітриду титану. Для пояснення отриманих результатів використані результати комп'ютерного моделювання пошкоджуваності на атомному рівні при бомбардуванні прискореними в поле Ub іонами. Визначено критична товщина перемішування (близько 7 нм) в системі TiNх/ZrNх при дії Ub = – 110 В. Встановлено, що зменшення періоду від 300 до 20 нм призводить до підвищення твердості. Найбільша твердість 44,8 ГПа відповідає надтвердому стану. Встановлено, що критична товщина радіаційно-стимульованого дефектоутворення істотно впливає на напружено-деформований стан і твердість покриттів з малим Λ ≈ 10 нм. При цьому відбувається релаксація напружено-деформованого стану стиснення і зменшується твердість. Однак утворення твердого розчину при збереженні частини шару нітриду титану при Λ = 10 нм, який не прореагував, дозволяє отримати надвисоку (44,8 ГПа) твердість покриття.