Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N

Методом ваккумно-дугового осаждения получены сверхтвердые нанокристаллические покрытия нитрида молбидена с твердостью достигающей 55 ГПа. Вакуумно-дуговое осаждение в среде азота приводит к образованию покрытий нитрида молибдена состава Mo₂N. Скорость осаждения является важным фактором, определяющим...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Андреев, А.А., Соболь, О.В., Горбань, В.Ф., Васильев, А.Л., Столбовой, В.А., Сердюк, И.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2010
Назва видання:	Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98882
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N / А.А. Соболь О.В., Горбань В.Ф., Васильев А.Л., Столбовой В.А., Сердюк И.В. // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 3. — С. 203–209. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98882
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-988822025-06-03T16:24:45Z Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N Андреев, А.А. Соболь, О.В. Горбань, В.Ф. Васильев, А.Л. Столбовой, В.А. Сердюк, И.В. Методом ваккумно-дугового осаждения получены сверхтвердые нанокристаллические покрытия нитрида молбидена с твердостью достигающей 55 ГПа. Вакуумно-дуговое осаждение в среде азота приводит к образованию покрытий нитрида молибдена состава Mo₂N. Скорость осаждения является важным фактором, определяющим фазовый состав покрытий. При скорости осаждения 3,5 км/час формируются двухфазные кондесанты, состоящие из γ- и β-Mo₂N фаз. Методом вакуумно-дугового осадження отримані надтверді нанокристалічні покриття нітриду молібдену з твердістю досягає 55 ГПа. Вакуумно-дугове осадження в середовищі азоту призводить до утворення покриттів нітриду молібдену складу Mo₂N. Швидкість осадження є важливим фактором, що визначає фазовий склад покриттів. При швидкості осадження 3,5 км / год формуються двофазні кондесанти, що складаються з γ- і β-Mo₂N фаз. The vacuum-arc deposition method was superhard nanocrystalline coating of molybdenum nitride with a hardness reaching 55 GPa. Vacuum arc deposition in a nitrogen atmosphere results in the formation of molybdenum nitride coating composition Mo₂N. The deposition rate is an important factor in determining the phase composition of the coatings. At a deposition rate of 3.5 km / h are formed kondesanty biphasic, consisting of γ- and β-Mo₂N phases. 2010 Article Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N / А.А. Соболь О.В., Горбань В.Ф., Васильев А.Л., Столбовой В.А., Сердюк И.В. // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 3. — С. 203–209. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98882 621 ru Физическая инженерия поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Методом ваккумно-дугового осаждения получены сверхтвердые нанокристаллические покрытия нитрида молбидена с твердостью достигающей 55 ГПа. Вакуумно-дуговое осаждение в среде азота приводит к образованию покрытий нитрида молибдена состава Mo₂N. Скорость осаждения является важным фактором, определяющим фазовый состав покрытий. При скорости осаждения 3,5 км/час формируются двухфазные кондесанты, состоящие из γ- и β-Mo₂N фаз.
format	Article
author	Андреев, А.А. Соболь, О.В. Горбань, В.Ф. Васильев, А.Л. Столбовой, В.А. Сердюк, И.В.
spellingShingle	Андреев, А.А. Соболь, О.В. Горбань, В.Ф. Васильев, А.Л. Столбовой, В.А. Сердюк, И.В. Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N Физическая инженерия поверхности
author_facet	Андреев, А.А. Соболь, О.В. Горбань, В.Ф. Васильев, А.Л. Столбовой, В.А. Сердюк, И.В.
author_sort	Андреев, А.А.
title	Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N
title_short	Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N
title_full	Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N
title_fullStr	Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N
title_full_unstemmed	Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N
title_sort	влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы мо-n
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2010
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98882
citation_txt	Влияние режимов вакуумно-дугового осаждения в среде азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Мо-N / А.А. Соболь О.В., Горбань В.Ф., Васильев А.Л., Столбовой В.А., Сердюк И.В. // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 3. — С. 203–209. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT andreevaa vliânierežimovvakuumnodugovogoosaždeniâvsredeazotanafazovyisostavsubstrukturnyeharakteristikiimehaničeskiesvoistvananokristalličeskihpokrytiisistemymon AT sobolʹov vliânierežimovvakuumnodugovogoosaždeniâvsredeazotanafazovyisostavsubstrukturnyeharakteristikiimehaničeskiesvoistvananokristalličeskihpokrytiisistemymon AT gorbanʹvf vliânierežimovvakuumnodugovogoosaždeniâvsredeazotanafazovyisostavsubstrukturnyeharakteristikiimehaničeskiesvoistvananokristalličeskihpokrytiisistemymon AT vasilʹeval vliânierežimovvakuumnodugovogoosaždeniâvsredeazotanafazovyisostavsubstrukturnyeharakteristikiimehaničeskiesvoistvananokristalličeskihpokrytiisistemymon AT stolbovoiva vliânierežimovvakuumnodugovogoosaždeniâvsredeazotanafazovyisostavsubstrukturnyeharakteristikiimehaničeskiesvoistvananokristalličeskihpokrytiisistemymon AT serdûkiv vliânierežimovvakuumnodugovogoosaždeniâvsredeazotanafazovyisostavsubstrukturnyeharakteristikiimehaničeskiesvoistvananokristalličeskihpokrytiisistemymon
first_indexed	2025-11-30T11:31:01Z
last_indexed	2025-11-30T11:31:01Z
_version_	1850214731406639104
fulltext	ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3204 ВВЕДЕНИЕ Равновесная диаграмма состояний бинарной системы Mo-N приведена на рис. 1 [1]. Для этой системы характерно наличие двух ста- бильных соединений: δ-MoN и Mо2N. После- днее соединение существует в двух модифика- циях: низкотемпературной (β) и высокотемпе- ратурной (γ). Превращение γ ⇒ β является мартенситным. Фаза δ-MoN имеет гексаго- нальную решетку с параметрами а = 0,572 нм и с = 0,560 нм. Область гомогенности Mо2N составляет 27,5 – 30,1 aт.%N. Фаза γ-Mо2N имеет ГЦК решетку (а = 0,4137 нм при 27,5 ат.%N), a β-Mо2N является упорядочен-ной тетрагональной модификацией γ-Mo2N с ГЦТ псевдоячейкой (а = 0,4200 нм, с = 0,4005 нм) и ОЦТ сверхструктурой [2]. При исследовании фазового состава ион- но-плазменных покрытий в [3 – 5] показано, что увеличение давления азота приводит к фазовому превращению в покрытии из ОЦК кубического Мо в гексагональный δ-МоN через образование фаз с кубической типа NaCl решеткой Mo2N и MoN (В1): Mo2N и MoN (В1): Mo → γ-Mо2N→ B1 Mо2N → -MoN. Полученные фазы имеют различную кристал- лическую решетку, что влияет на свойства по- крытия [6]. Наиболее значительными факто- рами, определяющими фазовый состав при реактивном вакуумно-дуговом осаждении яв- ляются энергия частиц и подвижность сос- тавляющих атомов на поверхности, что опре- деляет эффективность протекания реакции фазообразования и, в частности, влияет на стехиометрию образующихся фаз. Исследо- вания влияния давления азота в диапазоне 0,4 ÷ 1,9 Па на фазовый состав покрытий, про- веденное в [6] показали, что монофазные δ-MoN покрытия получались только при большом давлении 1,9 Па, в то время как при давлении ниже 1 Па формировались покры- тия с кристаллической кубической γ-Mo2N фазойВ интервале промежуточных давлений азота фазовый состав пленок представлял смесь δ-MoN и γ-Mo2N фаз с увеличенным содержанием δ-MoN при давлениях близких к 1,9 Па и γ-Mo2N фазы при низких давлениях близких к 0,2 Па. Таким образом, с увеличе- нием давления азота выявляется следующая тенденция образования фаз: от кубической γ- Mo2N фазы к обогащенной по азотным ато- мам δ-MoN фазе. При потенциале подложки 150 В и увеличении рабочего давления твер- дость возрастает от 37,5 до 50 ГПа. Следует, однако, отметить, что осаждение покрытий в диапазоне давлений азота более 1 Па является нетехнологичным из-за сущест- венно снижения скорости нанесения вследст- вие рассеяния атомов молибдена на “газовой мишени”. Скорость откачивания (быстро- действие откачных средств) также снижается, что увеличивает степень загрязнения рабо- чего газа азота углеводородами. Поэтому представляет интерес исследование свойств покрытий при более низких давлениях. В ра- ботах [8, 9] показано, что при потенциале подложки 20 В и давлении около 0,4 Па фор- мируется слой γ-Mo2N с твердостью 32 ÷ 34 ГПа. Эти результаты были получены с использованием испарителя установки “Бу- лат-3” [10], магнитное поле которого в облас- ти катода незначительно и на порядок мень- results in the formation of crystalline grains of textured β-Mo2N phase with a tetragonal lattice, this being accompanied by an increase in hardness. In β-Mo2N coatings showing the highest hardness 55 GPa, the crystallite size was about 15 nm at a relatively low microdeformation of 0.4%. At a low substrate potential, in the process of deposition there may appear sites of spontaneous cleavages in the surface volume. Keywords: vacuum-arc coatings, molybdenum nitride, superhard nanocrystalline coatings. Рис. 1. Равновесная диаграмма состояний системы молибден-азот [1]. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО ОСАЖДЕНИЯ В СРЕДЕ АЗОТА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СУБСТРУКТУРНЫЕ ... 205 ше, чем в испарителях “Булат-6” [11], а также использованных в работах [3, 6]. При исследовании влияния потенциала подложки при постоянном давлении азота на фазовый состав результаты рентгеновского дифракционного анализа показали, что диа- пазоны фазовой стабильности оказались сдвинуты в сторону большей стабильности γ-Mo2N фазы с увеличением потенциала под- ложки. При этом выяснилось, что и при более высоких потенциалах наблюдается три харак- терные области (две чистых фаз и область смешанных фаз). Отсюда вытекает, что уве- личение потенциала подложки меняет фазо- вый состав в сторону обогащения γ-Mo2N фа- зой даже при более высоких давлениях, что сопровождается существенным снижением твердости. При этом в γ-Mo2N фазе с увеличе- нием потенциала подложки уменьшается пе- риод, что по-видимому, связано с обеднением покрытия атомами азота. В пользу такого предположения свидетельствуют результаты работы [7] в которой установлено обогащение формируемого покрытия молибденовыми атомами при увеличении их средней энергии. В работе [12] показано, что в диапазоне давлений 0,14 ÷ 0,18 Па наряду с высокотем- пературной γ-Mo2N фазой с кубической ре- шеткой формируется низкотемпературная фаза β-Mo2N с тетрагональной решеткой, со- держание которой растет с увеличением ско- рости осаждения. Как видно из этого обзора в настоящее время имеется достаточно небольшое число работ (а по существу такие работы практи- чески единичные), в которых рассмотрено влияние только некоторых технологических параметров на фазовый состав и физико- механические свойства покрытий системы Mo-N, полученных в условиях реактивного вакуумно-дугового осаждения. Кроме того, следует отметить, что имеющиеся на сегод- няшний день эмпирические данные, на осно- ве которых делается попытка обобщения и прогнозирования фазового состава таких по- крытий, а также его влияния на физико-меха- нические характеристики, относятся к режи- мам осаждения, используемым для конкрет- ных применяемых в работах схем и не могут по большому счету считаться обобщающими. В этой связи существует необходимость даль- нейшего исследования этой очень перспек- тивной системы применительно к постоянно развивающимся и прогрессирующим высо- коэффективным методам получения. Поэто- му целью данной работы явилось изучение влияния скорости осаждения и потенциала смещения (отрицательного потенциала под- ложки) при получении вакуумно-дуговых покрытий Mo-N в реактивной азотной среде средних давлений 0,14 ÷ 0,18 ГПа на физико- механические характеристики вакуумно-ду- говых покрытий Mo-N. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Образцы были получены при использовании серийной вакуумно-дуговой установки “Бу- лат-6”. Испаряемый материал молибден мар- ки МЧВП. Параметры осаждения: ток дуги Iд = 105 и 160 А, потенциал подложки Uпп –40 и –200 В, давление азота в процессе осаждения PN 0,14 и 0,18 Па. Полированные подложки из нержавеющей стали 12Х18Н9Т с размерами 20×20×3 мм и медной фольги толщиной 0,2 мм предварительно промывали щелочным раствором в ультразвуковой ванне и затем нефрасом С2-80/120. После откачива- ния вакуумной камеры до давления 1⋅10–3 Па на подложки подавали отрицательный потен- циал 1000 В и при токе дуги 100 А произво- дили очистку и активацию их поверхности бомбардировкой ионами молибдена в течение 3 ÷ 4 мин. Непосредственно после очистки наносили покрытие толщиной 7 мкм. В ря- де случаев (образцы 2 и 5) на подложку в процессе осаждения наряду с постоянным по- тенциалом смещения подавались импульсы отрицательного потенциала амплитудой 2 кВ, длительностью 10 мкс и частотой следования 7 кГц. Наноиндентирование проводили с помо- щью индентора “Микрон-Гамма” с пирами- дой Берковича при нагрузке в пределах 20 Г с автоматически выполняемыми нагружени- ем и разгружением на протяжении 30 сек, а также записью диаграмм нагружения и раз- гружения в координатах F – h (F – нагрузка, h – перемещение индентора). Значения харак- теристик F, hmax, hp, hс, HIT, EIT, EIT * определя- лись и вычислялись автоматически по стан- дарту ISO 14577-1:2002. А.А. АНДРЕЕВ, О.В. СОБОЛЬ, В.Ф. ГОРБАНЬ, А.Л. ВАСИЛЬЕВ, В.А. СТОЛБОВОЙ, И.В. СЕРДЮК ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3206 Рентгендифракционные исследования проводились на дифрактометре ДРОН в Cu-Kα излучении при поточечном режиме съемки с шагом 0,1 ÷ 0,05 градуса при съем- ке в геометрии θ-2θ. Обработка полученных данных осуществлялась при использовании стандартных методик рентгенофазового, рентгеноструктурного анализов и изучения субструктурных характеристик методом аппроксимации [13]. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Изучение морфологи излома покрытия на медных положках показало, что при всех ис- следованных в работе интервалах скоростей осаждения и потенциалов подложки форми- руется столбчатая структура. Типичная струк- тура излома покрытий приведена на рис. 2. Хорошо видны признаки хрупкого разруше- ния покрытия. Следует отметить, что помимо общей для всех исследуемых покрытий столбчатой структуры также типичным оказалось фор- мирование ячеистого рельефа их поверх- ности, что может быть связано с неоднород- ным распылением поверхности ионной бом- бардировкой в процессе осаждения [14]. Обобщая результаты полученные при ана- лизе положения рентгендифракционных ли- ний, а также их формы и ширины можно сде- лать вывод о присутствии во всех покрытиях как тетрагональной, так и кубической моди- фикаций Mo2N, однако в разном процентном соотношении и с разной плоскостью преи- мущественной ориентации кристаллитов. Так в случае режимов получения образца 1 (табл. 1) соотношение Mo2N с тетрагональной и кубической решетками близко к 1:1. В слу- чае подачи высоковольтных импульсов (обра- зец 2) содержание кубической фазы не превы- шает 10 об.%, при этом происходит формиро- вание кристаллитов β-Mo2N фазы (тетраго- нальная решетка) с преимущественным рас- положением плоскости (110) параллельно по- верхности подложки. При анализе субструктурных характерис- тик, которые можно оценить для сильнотек- стурированных конденсатов 4 и 5, отметим, что большая твердость достигается в покры- тии с размером зерен (кристаллитов) около 15 нм при величине микродеформации 0,4%. С уменьшением размера кристаллитов и уве- личении микродеформации твердость ваку- умно-дуговых конденсатов нитрида молибде- на понижается. При относительно малых токах дуги и низ- ком потенциале температура подложки не превышает 200 °С. Твердость покрытия полу- ченного в таких условиях составляет 31 ГПа (табл. 1). При этом содержание фазы β-Mo2N находится в пределах около 50 об.%, осталь- ное составляет нитрид молибдениа с куби- ческой (типа ГЦК) кристаллической решет- кой. В зависимости от заполнения октаэдри- ческих междоузлий атомами азота состав та- кой фазы может меняться от стехиометрич- ного Mo2N (γ-Mo2N) до Mo3N2. Увеличение тока дуги (скорости осаждения) при том же Рис. 2. Фрактограмма излома покрытия системы Mo-N, полученной испарением молибденового катода в среде азота на медной подложке. Uпп = –40 В; РN = 0,14 Па; Нµ = 55 ГПа. № об- раз- ца Iд, A Um, B T, °C V, мкм/ч РN, Па Н, ГПа Отн. сод. β- Mo2N об.% За- мет- ки 1 105 40 200 3,5 0,18 33 50 сколы 2 105 40 210 3,5 0,14 30 90 3 160 – 40 7 0,14 55 100 сколы 4 160 200 470 7 0,18 55 100 5 160 200 470 7 0,18 51 95 Таблица 1 Условия осаждения, твердость и относительное содержание фазы β-Mo2N при осаждении покрытий системы Mo-N ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО ОСАЖДЕНИЯ В СРЕДЕ АЗОТА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СУБСТРУКТУРНЫЕ ... 207 потенциале подложки приводит к высокой твердости покрытий 55 ГПа, однако в этом случае на поверхности покрытия могут по- являться сколы, которые обычно сосредото- чены в объеме покрытия при сохранении высокой адгезии покрытия к подложке. При этом их расположение не связано с дефекта- ми подложки (рисками, царапинами). Само- произвольное разрушение покрытия проис- ходит послойно, что хорошо заметно на мик- рофотографии (рис. 3). Ранее в тонких покры- тиях (около 2 мкм) такие сколы замечены не были [3, 6]. Увеличении напряжения на подложке до 200 В, когда по результатам работы [6], коли- чество азота в покрытии должно уменьшаться за счет его распыления в процессе осаждения, сопровождается ростом сплошного (без ско- лов) покрытия с сохранением при этом его высокой твердости. Сопоставление полученного фазового сос- тава покрытий с технологическими режима- ми их осаждения показывает, что формиро- вание равновесной при относительно низкой (до 350 °С) температуре β-Mo2N фазы стиму- лируется более высокой энергией, выделяе- мой на подложке за счет увеличения скорости осаждения (увеличения плотности ионного тока и массопереноса) при более высоких по- тенциалах смещения на подложке. Указанные факторы с одной стороны способствуют по- вышению температуры в области формиро- вания структуры покрытия, переводя ее в бо- лее равновесное для β-Mo2N состояние, несмотря на то, что подача более высокого потенциала смещения активирует процесс преимущественного распыления атомов азо- та. Образованию высокотемпературной γ-Mo2N фазы способствует относительно низ- кая температура подложки (менее 200 °С), в частности, из-за низкого потенциала под- ложки 40 В, при которой существуют кине- тические ограничения подвижности атомов и создаются условия для формирования простой (кубической) решетки. Такое сос- тояние с кубической решеткой является пере- ходным звеном в цепи состояний от аморф- ноподобного к равновесному при низких температурах кристаллическому состоянию с тетрагональной решеткой. Кроме того, низ- кий потенциал смещения, который характе- рен для используемых в этом случае техноло- гических режимов, способствует накоплению избыточного по сравнению со стехиометри- ческим составом Mo2N азотом в решетке, заполняя часть свободных октаэдрических междоузлий и переводя таким образом соот- ношения элементов в фазе к Mo3N2, а также к появлению в ряде экспериментов второй фазы MoN. Вероятной причиной сколов является вы- теснение избыточных атомов азота на грани- цы при образовании β-Mo2N фазы с тетра- гональной решеткой, для которой характерна относительно малая область гомогенности. Это может приводить к спонтанному образо- ванию многослойности в покрытии, которая была отмечена ранее [15, 16]. Избыточный азот может скапливаться между слоями с об- разованием фазы δ-MoN, параметры решетки которой существенно больше, чем параметры решетки β-Mo2N [2]. Происходящие при этом объемные изменения приводят к образова- нию сколов. Поэтому увеличение потенциала подложки (энергии бомбардирующих ионов), а также присутствие высоковольтных импу- льсов снижают концентрацию азота в покры- тии, снижая вероятность появления сколов. При этом процесс образования сколов опре- деляется вероятностью захвата растущим по- крытием атомов (ионов) азота. Рис. 3. Микрофотография скола покрытия Mo-N, полученной испарением молибденового катода в среде азота. Uпп = –40 В, РN = 0,14 Па, Нј = 55 ГПа). А.А. АНДРЕЕВ, О.В. СОБОЛЬ, В.Ф. ГОРБАНЬ, А.Л. ВАСИЛЬЕВ, В.А. СТОЛБОВОЙ, И.В. СЕРДЮК ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3208 Характерный фазовый состав для образца, полученного в условиях, при которых обра- зуется расслоение, показывает наличие мно- гофазности. Данные рентгеновской дифрак- ции приведены в табл. 2. При этом видно, что наряду с пиками от фаз β-Mo2N и γ-Mo2N в этом случае появляется значительное коли- чество интенсивных линий принадлежащих δ-MoN фазе (табл. 2). ВЫВОДЫ 1. Вакуумно-дуговое осаждение в среде азо- та приводит к образованию покрытий ни- трида молибдена состава Mo2N. Скорость осаждения является важным фактором, определяющим фазовый состав, структу- ру и влияющий таким образом на твер- дость покрытий Mo2N. При скорости осаждения 3,5 мкм/час формируются двухфазные конденсаты содержание в которых кубической фазы γ-Mo2N при- водит к понижению твердости. Увели- чение скорости осаждения приводит к формированию кристаллитов текстури- рованной β-Mo2N фазы с тетрагональной решеткой, что коррелирует с высокой твердостью покрытий. В этом случае уда- лось достигнуть твердость 55 ГПа при размере кристаллитов составляет 15 нм и невысокой развивающейся микродефоp- мации 0,4%. При меньшем размере зерен 9 нм твердость понижается, что по-види- мому связанно с проявлением обратного эффекта Холла-Петча. 2. Вероятной причиной образования сколов является спонтанно образующаяся много- слойность покрытия. Избыточный азот может скапливаться между слоями с об- разованием фазы δ-MoN, параметры ре- шетки которой существенно больше, чем параметры решетки γ-Mo2N. Происходя- щие при этом объемные изменения приво- дят к образованию сколов. Поэтому уве- личение потенциала подложки (энергии бомбардирующих ионов), а также при- сутствие высоковольтных импульсов сни- жают концентрацию азота в покрытии, снижая вероятность появления сколов. При этом процесс образования сколов оп- ределяется вероятностью захвата расту- щим покрытием атомов (ионов) азота. С повышением такой вероятности в резуль- тате интенсификации физико-химических процессов в приповерхностной области формируемого покрытия (вследствие по- вышения давления) процесс образования сколов в покрытии проявляется снова. ЛИТЕРАТУРА 1. ASM International, 1996. 2. Шанк Ф. Структуры двойных сплавов. – М.: Металлургия., 1973 3. Urgen M., Eryilmaz O., Cakir A., Kayali E., Nilu- fer B., Isik Y. Characterisation of molybdenum nitride coatings produced by arc-PVD techni- que //Surf. Coat. Tech. – 1997. – Vol. 94-95. – P. 501-506. 4. Maoujoud M., Binst L., Delcambe P., Offergeld- Jardinier M., Bouillon F. Deposition parameter effects on the composition and the crystalline state of reactively sputtered molybdenum nitride //Surf. Coat. Tech.–1992.– Vol. 52. – P. 179-185. 5. Perry A., Baouchi A., Petersen J., Pozder S. Crys- tal structure of molybdenum nitride films made by reactive cathodic arc evaporation//Surf. Coat. Tech. – 1992. – Vol. 54-55. – P. 261-265. 6. Kazmanli M.K., Urgen M., Cakir A.F. Effect of nitrogen pressure, bias voltage and substrate tem- perature on the phase structure of Mo-N coa- tings produced by cathodic arc PVD//Surf. Coat. Tech. – 2003. – Vol. 167. – P. 77-82. 7. Mudholkar M.S., Thompson L.T. Control of composition and structure for molibdenumnitride films synthesized using ion beam assisted de- position//J. Appl. Phys. – 1995. – Vol. 77(10). – P. 5138-5142. Таблица 2 Фазовый состав покрытия Mo-N, опреде- ленный по данным рентгеновской дифрак- тометрии (2θ – угол дифракции, d – меж- плоскостное расстояние, I – интен-сивность пика). Режим осаждения Uпп = –40 В, Iд = 165 A, Р = 0,11 Па, Тп = 350 °С (hkl) 2θ d, E I, нм/с β-Mo2N (112) 36,50 2,4616 10 γ-Mo2N (111) 36,92 2,4346 13 γ-Mo2N (200) 42,80 2,1128 6 δ-MoN (222) 72,50 1,3037 7 β-Mo2N (312) 73,92 1,2821 40 γ-Mo2N (311) 74,40 1,2751 54 β-Mo2N (116) 76,70 1,2425 6 ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО ОСАЖДЕНИЯ В СРЕДЕ АЗОТА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СУБСТРУКТУРНЫЕ ... 209 8. Андреев А.А., Булатова Л.В., Булатов А.С., Картмазов Г.Н., Кострица Т.В., Романов А.А. Структура высокотвердых покрытий на ос- нове молибдена, полученных при конденса- ции плазмы вакуумно-дугового разряда//Ме- талловедение и термическая обработка ме- таллов. –1981. – № 5. – С. 33-35. 9. Аксенов И.И., Андреев А.А., Брень В.Г. и др. Покрытия, полученные конденсацией плаз- менных потоков в вакууме (Способ конденса- ции с ионной бомбардировкой)//УФЖ. – 1979. – Т. 24, № 4. – С. 515-525. 10. Andreev A.A., Romanov A.A. Method and Ap- paratus for Controlling Plasma Generation in Va- por Deposition//US Pat. № 4512867, 1985. 11. Аксенов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. – 211 с. 12. Шулаев В.М., Соболь О.В., Андреев А.А., Не- клюдов И.М., Столбовой В.А. Фазообразо- бразование в нанокристаллических покры- тиях состава Mo2N, полученных вакуумно-ду- говым осаждением молибдена в присутствии азота//ВАНТ. Сер. Вакуум, чистые материа- лы и сверхпроводники. – 2009. – № 6. – С. 262-267. 13. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-опти- ческий анализ. – М.: МИСИС, 1994. – 328 с. 14. Шулаев В.М., Андреев А.А. О возможном ме- ханизме возникновения ячеистого микро- рельефа на поверхности наноструктурных вакуумно-дуговых покрытий//Сб. научных трудов Межд. конф. ФММН-2009, Харьков. – 2009. – С. 587-589. 15. Андреев А.А., Брень В.Г., Калинин А.Т., Кун- ченко В.В. и др. О плазменном нанесении по- крытий на упрочняемую сталь с низкой тем- пературой отпуска//Защита металлов. –1978. – Т. XIV, № 5. – С. 551-557. 16. Кунченко Ю., Кунченко В., Картмазов Г., Не- клюдов И.М. О формировании микро-, нано- слойных покрытий методом вакуумно-дуго- вого осаждения//Физическая инженерия по- верхности. – 2005. – Т. 2, № 1. – С. 102-108. А.А. АНДРЕЕВ, О.В. СОБОЛЬ, В.Ф. ГОРБАНЬ, А.Л. ВАСИЛЬЕВ, В.А. СТОЛБОВОЙ, И.В. СЕРДЮК ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3

Репозитарії

Схожі ресурси