Влияние примесей Cr на структуру и механизм разрушения многослойных плёнок TiAlN

Олеся Наконечная

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, ул. Владимирская, 60, 01033 Киев, Украина

Получена: 17.01.2019; окончательный вариант - 25.03.2019. Скачать: PDF

Методами электронной микроскопии, наноиндентирования и атомно-силовой микроскопии исследованы структурные особенности и механические характеристики нанокомпозиционных многослойных тонких плёнок на основе TiAlN. Плёнки осаждались на подложки WC–Co вакуумно-дуговым методом. Установлено, что добавки Cr оказывают существенное влияние на микроструктуру образцов, морфологию трещин и механические свойства исследуемых покрытий. Добавление Cr приводит к увеличению твёрдости исследуемых плёнок за счёт исчезновения вюрцитной фазы AlN и образования твёрдой фазы CrN. Кроме того, дополнительный вклад в твёрдость плёнки вносят формирование колоннообразной структуры и увеличение периода бислоя в покрытии. Формирование и распространение индуцированных индентацией трещин оказались чувствительными как к структуре исследуемой плёнки, так и к морфологии роста её зёрен. Во всех покрытиях появляются первичные трещины в месте контакта с индентором. Морфология этих трещин описывается системой коротких, разрывных, нерегулярных трещин в покрытиях, имеющих колонноподобную микроструктуру. В плёнках с мелкозернистой структурой формируются прямые радиальные сквозные трещины. Указанные особенности структуры трещин объясняются скольжением границ зёрен, которые являются более выраженными в столбчатых плёнках, чем в нанокомпозиционном покрытии.

Ключевые слова: тонкая плёнка, морфология трещин, трещиностойкость, твёрдость, просвечивающая электронная микроскопия.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i05/0621.html

PACS: 62.20.mt, 68.37.Lp, 68.55.J-, 68.55.Ln, 68.60.Bs, 68.65.Ac


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. S. PalDey and S. C. Deevi, Mat. Sci. Eng. A, 342: 58 (2003). Crossref
  2. P. Holubar, M. Jilek, and M. Sima, Surf. Coat. Technol., 133–134: 145 (2000). Crossref
  3. H. G. Prengel, P.C . Jindal, K. H. Wendt, and A. T. Santhanam, Surf. Coat. Technol., 139: 25 (2001). Crossref
  4. G. S. Fox-Rabinovich, A. I. Kovalev, M. H. Aquirre, B. D. Beake, K. Yamamoto, S. C. Veldhuis, J. L. Endrino, D. L. Wainstein, and A. Y. Rashkovskiy, Surf. Coat. Technol., 204, No. 4: 489 (2009). Crossref
  5. S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. A, 17, No. 5: 2401 (1999). Crossref
  6. F. Fernandes, M. Danek,T. Polcar, and A. Cavaleiro, Tribology Int., 119: 345 (2018). Crossref
  7. Q. Luo, W.R. Rainforth, and W.D. Münz, Scr. Mater., 45: 399 (2001). Crossref
  8. K. N. Andersen, E. J. Bienk, K. O. Schweitz, H. Reitz, J. Chevallier, P. Kringhoj and J. Bottiger, Surf. Coat. Technol., 123: 219 (2000). Crossref
  9. M. Danek, F. Fernandes, A. Cavaleiro, and T. Polcar, Surf. Coat. Technol., 313: 158 (2017). Crossref
  10. Ph. C. Yashar and W. D. Sproul, Vacuum, 55: 179 (1999). Crossref
  11. H. Holleck and V. Schier, Surf. Coat. Technol., 76–77: 328 (1995). Crossref
  12. E. Arzt, Acta Mater., 46, No. 16: 5611 (1988). Crossref
  13. H. H. Fu, D. J. Beson, and M. A. Meyers, Acta Mater., 49: 2567 (2001). Crossref
  14. H. Geisler, K. O. Schweitz, J. Chevallier, J. Bottiger, and K. Samwer, Philos. Mag. A, 79, No. 2: 485 (1999). Crossref
  15. W. C. Oliver and G. M. Pharr, J. Mater. Res., 7: 1564 (1992). Crossref
  16. R. U. Qiang, H. U. Shejun, N. Huang et.al., Rare Metals, 27: No. 3: 251 (2008). Crossref
  17. M. Zhou, Y. Makino, M. Nose, and K. Nogi, Thin Solid Films, 339: 203 (1999). Crossref
  18. B. R. Lawn, A. G. Evans, and D. B. Marshall, J. Am. Ceram. Soc., 63: 574 (1980). Crossref
  19. M. Stueber, H. Holleck, H. Leiste, K. Seemann, S. Ulrich, and C. Ziebert, J. Alloys Compd., 483: 321 (2009). Crossref
  20. A. Leyland and A. Matthews, Wear, 246: 1 (2000). Crossref
  21. L. O. Affonso, Machinery Failure Analysis Handbook—Sustain Your Operations and Maximize Uptime (USA: Gulf Publishing Company: 2006). Crossref
  22. A. P. Shpak, O. I. Nakonechna, Yu. A. Kunitskyi, and O. V. Sobol, Mechanical Features of the Ti-Based Coatings (Kyiv: IMP NANU: 2005) (in Ukrainian).
  23. D. L. Joslin and W. C. Oliver, J. Materials Research, 5: 123 (1990). Crossref
  24. T. Y. Tsui, G. M. Pharr, W. C. Oliver, C. S. Bhatia, R. L. White, S. Anders, A. Anders, and I. G. Brown, MRS Proceedings, 383: 447 (1995). Crossref
  25. T. Polcar and A. Cavaleiro, Surf. Coat. Technol., 257: 70 (2014). Crossref