Горох Д. В. Закономірності формування, особливості структури та властивості іонно-плазмових нітридних покриттів TiSiN/NbN та TiSiN/CrN

Дисертаційна робота присвячена створенню вакуумно-дугових багатошарових покриттів нанометрового масштабу типів TiSiN/NbN та TiSiN/CrN, які відповідають сучасним вимогам щодо захисту поверхні конструкційних матеріалів, які працюють в умовах підвищених температур, втомних і термовтомних навантажень, а також виявленню особливостей процесів синтезу, визначенню елементного і фазового складу, субструктури та властивостей багатошарових покриттів, а також зв’язків між структурою та механічними і трибологічними властивостями покриттів. Мета роботи полягає у визначенні умов формування нітридних багатошарових захисних покриттів та розробці рекомендацій стосовно конкретних фізико-технологічних процесів їх осадження. Робота становить як значний фундаментальний, так і практичний інтерес для фізичного матеріалознавства та фізики поверхні. Для досягнення сформульованої мети необхідно було виконати такі завдання: 1. Отримати плазмові покриття (TiSi)N/NbN, (TiSi)N/CrN за різних режимів осадження. 2. Дослідити вплив умов синтезу на елементний склад отриманих покриттів. 3. Дослідити структуру, топологію поверхні, характер хімічного міжатомного зв’язку, мікротвердість та модуль пружності отриманих покриттів. 4. Дослідити вплив термічного відпалювання на структурний стан та фізико-механічні властивості, зокрема мікротвердість. 5. Визначити адгезійну міцність та механізм руйнування багатошарових покриттів. Об’єкт досліджень – технологічні процеси і фізичні фактори які впливають на формування багатошарових нітридних покриттів з нанометровою товщиною шарів, що осаджуються вакуумно-дуговим способом та зв'язок структурних характеристик з фізико-механічними властивостями покриттів. Предмет досліджень – елементний та фазовий склад, структурний стан, механічні властивості та триботехнічні характеристики багатошарових нітридних покриттів нанометрового масштабу (TiSi)N/NbN, (TiSi)N/CrN. Методи формування та дослідження В даний час найбільш перспективними методами нанесення покриттів є вакуумні іонно-плазмові методи, серед яких широке поширення для осадження зносостійких нітридних покриттів отримали реактивне магнетронне розпилення і вакуумно-дугове осадження. Поряд з основною перевагою магнетронного методу - безкрапельне напилення, він має і ряд істотних недоліків: відносно високий робочий тиск для підтримки розряду і вузький діапазон основних параметрів (тиск, струм), при яких реалізуються оптимальні умови осадження покриттів. І, як наслідок, низька енергія частинок, що беруть участь у реакціях синтезу нітридів, що призводить до великої пористості покриттів та відносно низької їх адгезії з підкладкою. При використанні вакуумно-дугового методу осадження, заснованого на генерації потоків високої іонізованої металевої плазми дуговим розрядом, покриття формуються на поверхні зразків в результаті конденсації потоку плазми матеріалу катода, що еродує. В якості випарованного матеріалу, що випаровується,а може застосовуватися будь-який електропровідний матеріал: метал, сплав або композит на основі металу. За наявності розрядного проміжку реакційного газу на підкладці синтезується шар на основі сполук елементів матеріалу катода і робочого газу (нітриди, оксиди, карбіди). Високий ступінь іонізації вакуумно-дугової плазми (20–100 100 %) та можливість регулювання параметрів процесу синтезу покриттів у широкому діапазоні (тиск робочого газу, струм розряду, напруга зсуву та ін.) дозволяють цілеспрямовано впливати на структурні та фізико-механічні характеристики одержуваних конденсатів.Для дослідження морфології, кристалічної структури, елементного складу, структурно-фазового стану, механічних та триботехнічних властивостей багатошарових покриттів будуть використані: растрова електронна мікроскопія (РЕМ), рентгенівський мікроаналіз з використанням спектрометра з дисперсією за енергією (ЕДС) та рентгеноструктурний аналіз (РСА), вимірювання мікротвердості та нанотвердості, застосування методу склерометрії дозволяє отримати повне уявлення про характер зношування, коефіцієнт тертя, адгезійну міцність та процесів руйнування покриттів, а також лабораторні випробування зразків з покриттям в Інституті надтвердих матеріалів імені В.Н. Бакуля НАН України.