Влияние Cr на коррозионную стойкость многослойных покрытий TiAlN

О. И. Наконечная, В. А. Макара

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

Получена: 24.06.2019; окончательный вариант - 28.10.2019. Скачать: PDF

В данной работе представлены результаты исследований влияния добавок Cr на коррозионную стойкость многослойных покрытий Ti$_{1-x}$Al$_x$N, нанесённых магнетронным распылением. Термогравиметрические эксперименты показали, что легирование Cr улучшает коррозионную стойкость покрытий. Методами сканирующей электронной микроскопии детально исследована структура окалины, образующейся на поверхности плёнок при высокотемпературном отжиге. Установлено, что при отжиге 800°С на поверхности покрытия без содержания хрома образуется двойной слой оксидов, состоящий из внутреннего пористого Ti–O и внешнего плотного Al–O. Но при отжиге 900°С коррозионная стойкость этой плёнки ухудшается за счёт увеличившейся диффузии ионов Ti на поверхность, которые разрушают защитный слой Al–О. Структура окалины, образующейся на поверхности покрытий легированных Cr, зависит от химического состава плёнки. На покрытиях с низким и средним содержанием Cr формируется окалина, состоящая из внешнего слоя Ті–О и внутреннего слоя Al–Cr–O. В плёнке с наибольшим содержанием хрома кинетика окисления контролируется образованием плотного поверхностного слоя Cr(Al)$_2$O$_3$, и данная плёнка демонстрирует самую высокую коррозионную стойкость.

Ключевые слова: тонкая плёнка, магнетронное распыление, сканирующая электронная микроскопия, термогравиметрия, коррозионная стойкость.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i12/1653.html

PACS: 07.79.Cz, 61.46+w, 68.65.Ac, 81.15.Cd, 81.65.Mq


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Y. C. Chim, X. Z. Ding, X. T. Zeng, and S. Zhang, Thin Solid Films, 517: 4845 (2009). Crossref
  2. V. H. Derflinger, A. Schütze, and M. Ante, Surf. Coat. Technol., 200: 4693 (2006). Crossref
  3. D. Li, J. Chen, C. Zou, J. Ma, P. Li, and Y. Li, J. Alloys Compd., 609: 239 (2014). Crossref
  4. L. Chen, J. Paulitsch, Y. Du, and P. H. Mayrhofer, Surf. Coat. Technol., 206: 2954 (2012). Crossref
  5. B. Yang, L. Chen, K. K. Chang, W. Pan, Y. B. Peng, Y. Du, and Y. Liu, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 35: 235 (2012). Crossref
  6. Y. X. Xu, L. Chen, B. Yang, Y. B. Peng, Y. Du, J .C. Feng, and F. Pei, Surf. Coat. Technol., 235: 506 (2013). Crossref
  7. O. Nakonechna, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 5: 621 (2019). Crossref
  8. Y. X. Xu, L. Chen, F. Pei, and Y. Du, Surf. Coat. Technol., 304: 512 (2016). Crossref
  9. S. Q. Wang, L. Chen, B. Yang, K. K. Chang, Y. Du, J. Li, and T. Gang, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 28: 593 (2010). Crossref
  10. L. Zhu, M. Hu, W. Ni, and Y. Liu, Vacuum, 86: 1795 (2012). Crossref
  11. P. H. Mayrhofer, R. Rachbauer, and D. Holec, Scr. Mater., 63: 807 (2010). Crossref
  12. C. M. Koller, R. Hollerweger, C. Sabitzer, R. Rachbauer, S. Kolozsvári, J. Paulitsch, and P. H. Mayrhofer, Surf. Coat. Technol., 259, Part C: 599 (2014). Crossref
  13. R. Rachbauer, D. Holec, and P. H. Mayrhofer, Surf. Coat. Technol., 211: 98 (2012). Crossref
  14. M. Moser, D. Kiener, C. Scheu, and P.H. Mayrhofer, Materials, 3: 1573 (2010). Crossref
  15. L. Chen, D. Holec, Y. Du, and P. H. Mayrhofer, Thin Solid Films, 519: 5503 (2011). Crossref
  16. Y. X. Xu, L. Chen, F. Pei, Y. Du, Y. Liu, and J. L. Yue, Thin Solid Films, 565: 25 (2014). Crossref
  17. H. Lind, R. Forsen, B. Alling, N. Ghafoor, F. Tasnadi, M. P. Johansson, I. A. Abrikosov, and M. Oden, Appl. Phys. Lett., 99: 3 (2011). Crossref
  18. K. Yamamoto, T. Sato, K. Takahara, and K. Hanaguri, Surf. Coat. Technol., 174–175: 620 (2003). Crossref
  19. Y.-Y. Chang, D.-Y. Wang, and C.-Y. Hung, Surf. Coat. Technol., 200: 1702 (2005). Crossref
  20. D. A. Delisle and J. E. Krzanowski, Thin Solid Films, 524: 100 (2012). Crossref
  21. P. Li, L. Chen, S. Q.Wang, B. Yang, Y. Du, J. Li, and M. J. Wu, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 40: 51 (2013). Crossref
  22. L. A. Donohue, I. J. Smith, W. D. Münz, I. Petrov, and J. E. Greene, Surf. Coat. Technol., 94: 226 (1997). Crossref
  23. L. A. Donohue, D. B. Lewis, W. D. Münz, M. M. Stack, S. B. Lyon, H. W. Wang, and D. Rafaja, Vacuum, 55: 109 (1999). Crossref
  24. I. Wadsworth, I. J. Smith, L. A. Donohue, W. D. Munz, Surf. Coat. Technol., 94: 315 (1997). Crossref
  25. M. Stueber, H. Holleck, H. Leiste, K. Seemann, S. Ulrich, and C. Ziebert, J. Alloys Compd., 483: 321 (2009). Crossref
  26. F. Vaz, L. Rebouta, M. Andritschky, M. F. da Silva, and J. C. Soares, J. Eur. Ceram. Soc., 17: 1971 (1997). Crossref
  27. H. C. Barshilia, M. S. Prakash, A. Jain, and K. S. Rajam, Vacuum, 77: 169 (2005). Crossref
  28. Y.-Y. Chang and C.-Y. Hsiao, Surf. Coat. Technol., 204: 992 (2009). Crossref