Уточнение структуры и твердости повышение фильмов нитрида титана добавлением меди

• Он JL  ^,  ,

• Ю. Setsuhara ,

• I. Shimizu ,

• С. Miyake

• Соединение и резка научно-исследовательский институт, Университет Осаки, Osaka 567-0047, Japan

• http://dx.doi.org/10.1016/S0257-8972 (00) 01089-6 , как цитировать или ссылаться Использование DOI

• Разрешения и переиздания

Абстрактный

Нитрида титана пленки с низкой добавленной содержание меди были синтезированы путем ионного пучка при содействии распыления осаждением. Роль меди была рассмотрена с учетом структуры, твердости и упругим / пластической деформации вместимости составного фильмов. Было установлено, что медь имеет значительное влияние на изменение структуры и свойств пленок нитрида титана. Когда очень низким содержанием Cu (<2 ат.%) Был добавлен, фильм показал, очевидно повышения твердости. Фильмы с низким содержанием Cu также отображаются очень упругие характеристики (91% упругого восстановления по наноиндентировании). Напротив, фильмы с> 2 ат.% Меди были сравнительно мягкими, до 53% от деформации под отступа может быть пластиковая в этом случае. Кроме того, медь дополнения также может быть использован для настройки размера зерен TiN в диапазоне 25-5 нм, в то же время вызывая переход от сильного (111) преимущественная ориентация на случайных морфологии поликристаллический.

Ключевые слова

• Наноиндентирование ;

• Ион лучевого осаждения ;

• Нитрида титана ;

• Медь

1. Введение

Нитрида титана является одним из наиболее изученных твердых материалов, покрытий для износа защитных целях. Несмотря на широкий спектр приложений, в которых TiN в настоящее время используется, по сравнению с многими другими твердыми / сверхтвердых материалов (как и других переходных металлов, нитридов, карбидов, DLC и т.д.), нитрид титана имеет только скромные трибологических свойств, таких как твердость, износостойкость и коэффициент трения.Следовательно, последние тенденции в изучении нитрида титана на основе тонких пленок, чтобы добавить некоторые другие элементы или материалы различных методов осаждения пленок.Успешные исследования включают в себя однородную / композитный таких фильмах, как Ti (CN), Ti (BN), (TiAl) N, (TiCr) N, и т.д. [1] , [2] , [3]  и  [4] , и многослойной архитектуры как TiN / TiC, TiN / DLC, TiN / п, TiN / TiO, TiN / Si ₃ N ₄ , и т.д. [5] , [6] , [7]  и  [8] . Несмотря на значительные улучшения в производительности трибологических была достигнута, фильм синтеза часто сопровождается сложности экспериментальная процедура, особенно для многослойных структур. Кроме того, оптимизированных параметров эксперимента обычно приводят к температуре подложки из нескольких сотен градусов по Цельсию, которое совместимо с большинством приложений инструмент, но неприемлемые для некоторых специфических субстратов.

Между тем, концепция включения несмешивающихся материалов в Bi-Phase нанокомпозитов была предложена Veprek и соавт. [9]  и  [10] . Суть заключается в формировании изолированного нанокристаллов в тонкой аморфной матрице, так что скольжение дислокаций и границ зерен может быть подавлен. Эта концепция представляется весьма эффективным и очень высокой твердости (около 100 ГПа), как утверждают [11] . Однако, согласно этой концепции, как два компонента материалы должны быть твердыми материалами. Другой подход сообщили Музиля и соавт. [12]который в сочетании мягких и жестких материалов для успешного синтеза сверхтвердых нанокомпозитов. В связи с большим разнообразием возможных комбинаций материалов, твердость повышение в жесткий / мягкий материал системами интересно. Однако, к сожалению, меньше внимания уделялось этому явлению.

В этой работе мы синтезировали фильмов нитрида титана с добавлением элементарной меди низкой энергии ионного пучка при содействии распыления осаждением (IBAD); цель в том, чтобы проверить концепцию повышения твердости покрытий с использованием наноразмерных жесткий / мягкий комбинации материалов. Результаты подтвердили, что твердость TiN может быть значительно улучшена путем добавления мягкой металлической меди, при условии, что соответствующий (маленький) суммы была выбрана. Что более интересно, что добавление меди также уточнили поликристаллической структуры и настроенных внутренних сжимающих напряжений.