Механические и структурные исследования трёхкомпонентных слоёв Mo–Zr–N, нанесённых на подложку физическим осаждением паров

Абдельазиз Аббуди$^{1}$, Брахим Шармим$^{1}$, Хамид Джебейли$^{2}$, Мурад Бриуа$^{1}$

$^{1}$Université Colonel Hadj Lakhdar, Batna, Algeria
$^{2}$LASPI2A, Université Abbas Laghrour de Khenchela, BP 1252 Route de Batna Khenchela, 40004 Khenchela, Algeria

Получена: 18.12.2016; окончательный вариант - 28.05.2017. Скачать: PDF

Целью данной работы является совершенствование механических характеристик трёхкомпонентных покрытий, изготовленных из нитрида молибдена–циркония (Mo–Zr–N), а также нахождение соответствующей стехиометрии, ориентированной на желаемые свойства, с использованием следующих методов характеризации: SEM, XRD, EDS, XPS, WDS и др., а также наноиндентирования, альтернативной трибометрии и испытаний с помощью нанесения царапин. Морфологические исследования трёхкомпонентного покрытия Mo–Zr–N показали, что преимущественной является ориентация (111), возникающая, по существу, благодаря остаточным внутренним напряжениям. Во время разработки соединения Mo–Zr–N было замечено, что добавление Zr приводит к многофазной структуре, состоящей из бинарных нитридов ZrN, MoN и MoZrN с призматическим строением. Шероховатость оказывается меньше у покрытия Mo–N и при низких уровнях содержания циркония. При этом модули Юнга имеют очень близкие значения, что проявляется при значениях Zr ниже 100 ат.%, а кристаллическая структура не изменяет сопротивление материала. Добавление частиц Zr дестабилизирует соединение, поскольку атомный радиус циркония (0,138 нм) больше атомного радиуса молибдена (0,126 нм); поэтому решётка соединения искажается, что объясняет образование остаточных напряжений.

Ключевые слова: микроструктура, остаточные напряжения, текстура, твёрдость, модуль Юнга, покрытие, нанесение покрытия осаждением паров.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v39/i06/0779.html

PACS: 62.20.Qp, 68.35.Ct, 68.35.Dv, 68.35.Gy, 81.15.-z, 81.40.Pq, 81.65.Lp


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Brahim Tlili, Caractérisation de Films durs Multicouches Élaborés par Pulvérisation Magnétron. Influnce des Conditions d’Élaboration sur Leurs Propriétés (Thèse de Doctorat) (Arts et Métiers Paris-Tech: Institut des Sciences et Technologies: 2010) (in French).
  2. Kezai, Characterization of Interfacial Reactions in Binary and Multiple Metallic Thin Films (Thèse de Doctorat) (Arts et Métiers Paris-Tech: Institut des Sciences et Technologies: 2007) (in French).
  3. A. S. Korhonen, Vacuum, 45, Iss. 10–11: 1031 (1994). Crossref
  4. M. I. Jones, I. R. McColl, and D. M. Grant, Surf. Coat. Technol., 132, Iss. 2–3: 143 (2000). Crossref
  5. J.-C. Chuang, S.-L. Tu, and M.-C. Chen, Thin Solid Films, 346, Iss. 2–3: 299 (1999). Crossref
  6. J.-B. Lee, Mater. Chem. Phys., 99, Iss. 2–3: 224 (2006). Crossref
  7. C. Scandian, C. Boher, J. D. B. de Mello, and F. Rézai-Aria, Wear, 267, Iss. 1–4: 401 (2009). Crossref
  8. K. Frisk, Calphad, 15, Iss. 1: 79 (1991). Crossref
  9. Y. L. Su, S. H. Yao, Z. L. Leu, C. S. Wei, and C. T. Wu, Wear, 213, Iss. 1–2: 165 (1997). Crossref
  10. L. Shan, Y. Wang, J. Li, H. Li, X. Wu, and J. Chen, Surf. Coat. Technol., 226: 40 (2013). Crossref
  11. W. D. Sproul, Thin Solid Films, 107, Iss. 2: 141 (1983). Crossref
  12. P. C. Johnson and H. Randhawa, Surf. Coat. Technol., 33: 53 (1987). Crossref
  13. J.-H. Huang, C.-Y. Hsu, S.-S. Chen, and G.-P. Yu, Mater. Chem. Phys., 77, Iss. 1: 14 (2003). Crossref
  14. D. Pilloud, J. F. Pierson, A. P. Marques, and A. Cavaleiro, Surf. Coat. Technol., 180–181: 352 (2004). Crossref
  15. L. Krusin-Elbaum, M. Wittmer, C. Y. Ting, and J.-J. Cuomo, Thin Solid Films, 104, Iss. 1–2: 81 (1983). Crossref
  16. M.-B. Takeyama, T. Itoi, E. Aoyagi, and A. Noya, Appl. Surf. Sci., 190, Iss. 1–4: 450 (2002). Crossref
  17. S. Horita, M. Kobayashi, H. Akahori, and T. Hata, Surf. Coat. Technol., 66, Iss. 1–3: 318 (1994). Crossref
  18. U. K. Wiiala, I. M. Penttinen, and A. S. Korhonen, Surf. Coat. Technol., 41, Iss. 2: 191 (1990). Crossref
  19. L. van Leaven, M. N. Alias, and R. Brown, Surf. Coat. Technol., 53, Iss. 1: 25 (1992). Crossref
  20. P. Panjan, B. Navinšek, A. Žabkar, V. Marinković, Dj. Mandrino, and J. Fišer, Thin Solid Films, 228, Iss. 1–2: 233 (1993). Crossref
  21. E. Kelesoglu, C. Mitterer, M. K. Kazmanli, and M. Ürgen, Surf. Coat. Technol., 116–119: 133 (1999). Crossref
  22. R. J. Rodríguez, J. A. García, A. Medrano, M. Rico, R. Sánchez, R. Martínez, C. Labrugère, M. Lahaye, and A. Guette, Vacuum, 67, Iss. 3–4: 559 (2002). Crossref
  23. S. Horita, M. Kobayashi, H. Akahori, and T. Hata, Surf. Coat. Technol., 66, Iss. 1–3: 318 (1994). Crossref
  24. J. Pelleg, L. Z. Zevin, and S. Lungo, N. Croitoru, Thin Solid Films, 197, Iss. 1–2: 117 (1991). Crossref
  25. M. Nose, W. A. Chiou, M. Zhou, T. Mae, and M. Meshii, J. Vac. Sci. Technol. A, 20: 823 (2002). Crossref
  26. M. K. Hibbs, B. O. Johansson, J.-E. Sundgren, and U. Helmersson, Thin Solid Films, 122, Iss. 2: 115 (1984). Crossref
  27. S. Labdi, Ph. Houdy, P. Psyllaki, and M. Jeandin, Thin Solid Films, 275, Iss. 1–2: 213 (1996). Crossref
  28. A. Pan and J. E. Greene, Thin Solid Films, 78, Iss. 1: 25 (1981). Crossref
  29. R. J. Rodríguez, J. A. García, A. Medrano, M. Rico, R. Sánchez, R. Martínez, C. Labrugère, M. Lahaye, and A. Guette, Vacuum, 67, Iss. 3–4: 559 (2002). Crossref
  30. V. G. Ivanchenko and T. V. Mel’nichenko, Metallofizika, 13, No. 2: 23 (1991).
  31. M. Uchida, N. Nihira, A. Mitsuo, K. Toyoda , K. Kubota, and T. Aizawa, Surf. Coat. Technol., 177–178: 627 (2004). Crossref
  32. Y. Benlatreche, Contribution à L’amélioration de la Durée de vie D’outils Carbure pour L’usinage du MDF (Medium Density Fiberboard) par Application de Dépôts Ternaires (CrAlN, CrVN) et Modification de L’arête de Coupe (Thèse de Doctorat) (Arts et Métiers Paris-Tech: Institut des Sciences et Technologies: 2011) (in French).
  33. J. Musil, Surf. Coat. Technol., 125, Iss. 1–3: 322 (2000). Crossref
  34. M. Odén, J. Almer, G. Håkansson, and M. Olsson, Thin Solid Films, 377–378: 407 (2000). Crossref
  35. R. Novák, I. Kvasnička, D. Nováková, and Z. Malá, Surf. Coat. Technol., 114, Iss. 1: 65 (1999). Crossref
  36. A. Lousa, J. Romero, E. Martínez, J. Esteve, F. Montalà, and L. Carreras, Surf. Coat. Technol., 146–147: 268 (2001). Crossref
  37. W. Grzesik, Advanced Machining Processes of Metallic Materials (Elsevier Science: 2008).
  38. G. G. Stoney, Proc. R. Soc. A, 82, Iss. 553: 172 (1909). Crossref
  39. Y. L. Di, Z. H. Cai, P. Zhang, and W. Shen, Adv. Mater. Res., 557–559: 1650 (2012). Crossref