Випуски МФіНТ »  Том 44, випуск 10

Вплив йонно-термічного оброблення на зносостійкість нанорозмірних багатошарових плівок

В. Янчук$^{1}$, І. Круглов$^{1}$, В. Закієв$^{1,2}$, Г. Лозова$^{1}$, Б. Трембач$^{3}$, А. Орлов$^{1}$, С. Волошко$^{1}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Національний авіаційний університет, просп. Любомира Гузара, 1, 03058 Київ, Україна
$^{3}$Приватне акціонерне товариство «Новокраматорський машинобудівний завод», вул. Олекса Тихого, 5, 84305 Краматорськ, Україна

Отримано: 28.07.2022; остаточний варіант - 11.08.2022. Завантажити: PDF

У даній роботі за допомогою методи склерометрії досліджено мікротрибологічні характеристики тришарових нанорозмірних композицій Ni(25 нм)/ Cu(25 нм)/Cr(25 нм), одержаних методою магнетронного осадження. Досліджено чотири різні типи нанорозмірних композицій: після осадження, після опромінення низькоенергетичними йонами Ar$^{+}$, після відпалу у вакуумі за температури 450°С впродовж 15 хвилин і після йонного опромінення з наступним вакуумним відпалом. Результати мікротрибологічних випробувань доповнено даними структурних (РСФА) та хемічних (ОЕС) досліджень. Встановлено, що найкращі мікротрибологічні та зносостійкі характеристики серед усіх досліджуваних зразків виявлено для випадку йонного опромінення з наступним відпалом. Для цього зразка зафіксовано найвищу зносостійкість, чітку форму подряпини, найменше значення максимальної танґенційної сили, а також відсутність бічних тріщин і розшарування плівки. Обговорюються ймовірні причини такого ефекту.

Ключові слова: термічне та йонне оброблення, тонкоплівкові композиції, зносостійкість, мікротрибологічна стійкість, склерометрія.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v44/i10/1275.html

PACS: 07.10.-h, 68.35.Fx, 68.35.Rh, 68.55.Ln, 81.40.-z

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. J. M. Martinez-Duart, R. J. Martin-Palma, and F. Aguillo-Rueda, Nanotekhnologii dlya Mikro- i Optoelektroniki [Nanotechnologies for Micro- and Optoelectronics] (Moscow: Tehnosfera: 2007) (in Russian).
  2. B. N. Chapman, J. Vac. Sci. Technol., 11, No. 1: 106 (1974). Crossref
  3. B. S. Yadav, A. C. Badgujar, and S. R. Dhage, Solar Energy, 157: 507 (2017). Crossref
  4. K. L. Mittal, Electrocomponent Sci. Technol., 3: 21 (1976). Crossref
  5. A. Lassnig, B. Putz, S. Hirn, D. M. Többens, C. Mitterer, and M. J. Cordill, Materials and Design, 200: 109451 (2021). Crossref
  6. A. Lazauskas, V. Grigaliūnas, A. Guobienė, M. Andrulevičius, and J. Baltrusaitis, Thin Solid Films, 520: 6328 (2012). Crossref
  7. A. G. Shaucukov, Prikladnaja Fizika, No. 5: 16 (2006) (in Russian).
  8. H. Javed, B. Merle, E. Preiß, R. Hivet, A. Benedetto, and M. Gökena, Surf. Coatings Technol., 289: 69 (2016). Crossref
  9. L. E. Collins, J. G. Perkins, and P. T. Stroud, Thin Solid Films, 4: 4145 (1969). Crossref
  10. P. T. Stroud, Thin Solid Films, 11: 1 (1972). Crossref
  11. S. Zuccon, E. Napolitani, E. Tessarolo, P. Zuppella, A. J. Corso, F. Gerlin, M. Nardello, and M. G. Pelizzo, Opt. Mater. Express, 5: 176 (2014). Crossref
  12. M. A. Vasylyev, B. N. Mordyuk, S. I. Sidorenko, S. M. Voloshko, I. O. Kruhlov, and V. I. Zakiev, Surf. Coatings Technol., 361: 413 (2019). Crossref
  13. H. Windischmann, J. Appl. Phys., 62: 1800 (1987). Crossref
  14. K. Zhang, M. Wena, G. Cheng, X. Li, Q. N. Meng, J. S. Lian, and W. T. Zheng, Vacuum, 99: 233 (2014). Crossref
  15. M. O. Vasylyev, S. I. Sidorenko, S. M. Voloshko, and T. Ishikawa, Usp. Fiz. Met., 17, No. 3: 209 (2016). Crossref
  16. I. O. Kruhlov, I. A. Vladymyrskyi, O. Dubikovskyi, S. I. Sidorenko, T. Ebisu, K. Kato, O. Sakata, T. Ishikawa, Y. Iguchi, G. A. Langer, Z. Erdélyi, and S. M. Voloshko, Mater. Research Express, 6: 126431 (2019). Crossref
  17. G. J. Klingenmaier and M. Dobrash, Adhesion Measurement of Thin Films, Thick Films and Bulk Coatings (Ed. K. L. Mittal) (Philadelphia: ASTM: 1978), p. 369.
  18. E. Darque-Ceretti and E. Felder, Adhesion et Adherence. Sciences et Techniques de L’ingenieur (Paris: CNRS Editions: 2003), p. 246.
  19. A. A. Volinsky, N. R. Moody, and W. W. Gerberich, Acta Mater., 50: 441 (2002). Crossref
  20. I. Kruhlov, A. Orlov, V. Zakiev, I. Zakiev, S. Prikhodko, and S. Voloshko, TMS 2022 151st Annual Meeting Exhibition Supplemental Proceedings (February 27–March 3, 2022) (Anaheim: 2022), p. 431. Crossref
  21. S. V. V. N. Siva Rao, T. Bhavani, S. K. Ghosh, J. D. Barma, and R. K. B. Meitei, Materials Today: Proceedings, 47, Part 11: 3400 (2021). Crossref
  22. M. Storchak, I. Zakiev, V. Zakiev, and A. Manokhin, Measurement, 191: 110745 (2022). Crossref
  23. O. Borrero-López, M. Hoffman, A. Bendavid, and P. J. Martin, Thin Solid Films, 518: 4911 (2010). Crossref
  24. E. Broitman, Tribol. Lett., 65: 23 (2017). Crossref
  25. S. R. Ignatovich, I. M. Zakiev, D. I. Borisov, and V. I. Zakiev, Strength Mater., 38: 428 (2006). Crossref
  26. S. J. Bull, Surf. Coat. Technol., 50, Iss. 1: 25 (1991). Crossref
  27. J. Malzbender, J. M. J. den Toonder, A. R. Balkenende, and G. de With, Mater. Sci. Eng. R, 36, Iss. 2–3: 47 (2002). Crossref
  28. V. Hutsaylyuk, M. Student, V. Posuvailo, O. Student, V. Hvozdets’kyi, P. Maruschak, and V. Zakiev, J. Mater. Res. Technol., 14: 1682 (2021). Crossref
  29. V. A. Mechnik, N. A. Bondarenko, V. M. Kolodnitskyi, V. I. Zakiev, I. M. Zakiev, E. S. Gevorkyan, N. O. Kuzin, O. S. Yakushenko, and I. V. Semak, J. Superhard Mater., 41, No. 1: 43 (2021). Crossref
  30. O. B. Zgalat-Lozynskyy, O. O. Matviichuk, O. I. Tolochyn, O. V. Ievdokymova, N. O. Zgalat-Lozynska, and V. I. Zakiev, Powder Metall. Metal Ceramics, 59: 515 (2021). Crossref
  31. X. Wang, P. Xu, R. Han, J. Ren, L. Li, N. Han, F. Xing, and J. Zhu, Nanotechnol. Rev., 8, No. 1: 628 (2019). Crossref
  32. J. Li and W. Beres, Canadian Metallurgical Quarterly, 46, Iss. 2: 155 (2007). Crossref
  33. M. S. Kabir, P. Munroe, Z. Zhou, and Z. Xie, Wear, 380–381: 163 (2017). Crossref
  34. S. J. Bull and E. G. Berasetegui, Tribology International, 39, Iss. 2: 99 (2006). Crossref
  35. N. Schwarzer, Q.-H. Duong, N. Bierwisch, G. Favaro, M. Fuchs, P. Kempe, B. Widrig, and J. Ramm, Surf. Coat. Technol., 206: Iss. 6: 1327 (2011). Crossref
  36. K. Khojier, H. Savaloni, Z. Ashkabusi, and N. Z. Dehnavi, Applied Surf. Sci., 284: 489 (2013). Crossref
  37. I. Zakiev, M. Storchak, G. A. Gogotsi, V. Zakiev, and Y. Kokoieva, Ceramics Int., 47, Iss. 21: 29638 (2021). Crossref
  38. M. Zawischa, M. M. A. B. M. Supian, S. Makowski, F. Schaller, and V. Weihnacht, Surf. Coat. Technol., 415: 127118 (2021). Crossref
  39. M. Laugier, Thin Solid Films, 76, Iss. 3: 289 (1981). Crossref
  40. Woei-Shyan Lee and Te-Yu Liu, Nanotechnology, 18: 335701 (2007) Crossref
  41. A. M. Kovalchenko, S. Goel, I. M. Zakiev, E. A. Pashchenko, and R. Al-Sayeghe, J. Mater. Res. Technol., 8, Iss. 1: 703 (2019). Crossref
  42. N. Tayebi and A. A. Polycarpou, Microsyst. Technol., 12: 854 (2006). Crossref
  43. B. Stegemann, H. Backhaus, H. Kloss, and E. Santner, Modern Research and Educational Topics in Microscopy (Eds. A. Méndez-Vilas and J. Díaz) (Formatex, Spain: 2007), vol. 1, p. 824.
  44. W. M. Dawson and F. R. Sale, Metall. Trans. A, 8: 15 (1977). Crossref
  45. P. M. Hall and J. M. Morabito, Surf. Sci., 54: 79 (1976). Crossref
  46. S. Lian, A. Fourie, J. Wang, H. C. Swart, and J. J. Terblans, Vacuum, 202: 111206 (2022). Crossref
  47. X. Cen, A. M. Thron, and K. van Benthem, Acta Mater., 140: 149 (2017). Crossref
  48. H. Ryssel and L. Ruge, Ion Implantation (Chichester: John Wiley Sons Ltd., Hoboken: 1986).
  49. M. O. Vasylyev, S. I. Sidorenko, I. O. Kruhlov, and D. I. Trubchaninova, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 5: 621 (2020) (in Ukrainian). Crossref
  50. Y. G. Chabak, V. I. Fedun, K. Shimizu, V. G. Efremenko, and V. I. Zurnadzhy, Problems of Atomic Science and Technology, No. 4 (102): 100 (2016).
  51. O. Waseda, R. GA Veiga, J. Morthomas, P. Chantrenne, C. S. Becquart, F. Ribeiro, A. Jelea, H. Goldstein, and M. Perez, Scripta Mater., 129: 16 (2017). Crossref

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 2000–2022 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»