Разработка метода получения многокомпонентных покрытий в магнетроне с мозаичным катодом

• Автор: Ширяев, Сергей Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б. м.
• Количество страниц: 165 с. : ил

Москва 2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Методы нанесения покрытий

1.2. Метод магнетронного распыления

1.3. Закономерности распыления

1.4. Магнетроны с составными катодами

Глава 2. Методика эксперимента

2.1. Оборудование

2.2. Методы исследования физических свойств синтезированных покрытий
2.3 Методы измерения механических, трибологических, коррозионных
свойств покрытий
Глава 3. Разработка магнетрона с мозаичным катодом
3.1. Анализ распыления катода магнетрона, состоящего из разных материалов
3.2. Об эрозии катода магнетрона, состоящего из разных материалов
3.3. Распределение осадка распыленных компонентов катода
Глава 4. Синтез нитридных покрытий и их физические свойства
4.1. Синтез покрытий ТлИ, (ТлА1)Ы, (А12г)Ы
4.2. Профилометрические измерения толщин покрытий
4.3. Компонентный состав покрытий по толщине
4.4. Фазовый состав и микроструктура покрытий
4.5. Микроструктура синтезированных покрытий
4.6. Обсуждение результатов экспериментов
4.7. Выводы
Глава 5. Синтез покрытий карбидов и карбонитридов
металлов и их физические свойства
5.1. Синтез покрытий TiC, TiCN, CrC, МоС, MoCN, WC, NbC, VC,ZrC
5.2. Профилометрические измерения толщин покрытий
5.3. Компонентный состав покрытий по толщине
5.4. Фазовый состав и микроструктура покрытий
5.5. Обсуждение результатов экспериментов
5.6. Выводы
Глава 6. Технические характеристики покрытий и их практические применения..!
6.1. Микротвердость покрытий
6.2. Износостойкость и коэффициент трения покрытий
6.3. Окислительные и коррозионные свойства покрытий
6.4. Адгезия
6.5.Выво д
6.6. Тест - испытания многокомпонентных покрытий, полученных распылением мозаичных мишеней
6.7. Практическое внедрение результатов
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Подавляющее количество деталей и узлов современных машин и механизмов работает в экстремальных условиях воздействия высоких нагрузок, агрессивных сред и повышенных температур. Перспективным путем повышения ресурса и надежности машин является модифицирование поверхности, поскольку поверхность определяет многие свойства материалов и в первую очередь, механические, трибологические и коррозионные.
Решение этой проблемы можно осуществить, используя новые физические методы модификации поверхностных свойств материалов изделий и нанесения защитных покрытий. Технологические процессы, позволяющие управлять структурно-фазовым состоянием поверхностных слоев и их составом являются предметом нового направления прикладного материаловедения.
Начиная с 30-х годов прошлого столетия и до последнего времени, для повышения механических, трибологических, коррозионных и других поверхностных свойств широко применяется ионная бомбардировка поверхности [1].
Процессы, происходящие при взаимодействии ионов с поверхностью, различны для разных энергий ионов [2-4] и определяются в основном кинетической энергией бомбардирующих ионов.
При очень низких кинетических энергиях (меньше 5 эВ) взаимодействие по существу ограничивается самым верхним поверхностным слоем материала мишени. Когда атом с такой низкой кинетической энергией падает на атомарно чистую поверхность твердого тела, он либо отражается от поверхности, либо вступает с ней в термическое равновесие и затем десорбируется. В этой области энергий состояние атома описывается с помощью коэффициента аккомодации, прилипания и передачи импульса. Важную роль здесь играет потенциальная энергия, поскольку она определяет электронные переходы, вызывающие эмиссию вторичных электронов, или же в случае сложных материалов или наличия примесей, адсорбированных на поверхности, разрыв или восстановление химических связей. Это вызывает десорбцию, химические реакции,- полимеризацию и т.д.
При кинетической энергии ионов, превышающей энергию связи атомов (~ 5эВ), возникает новое явление. Атомы рещетки при ионной бомбардировке перемещаются в новые положения, что приводит к поверхностной миграции атомов и поверхностным

обеспечением требуемой скорости распыления каждой из составляющих мозаики мишени в процессе формирования покрытия.
Известна мозаичная мишень, выполненная в форме дисковой матрицы, состоящей из основного распыляемого компонента; в матрице в определенном порядке выполнены отверстия, в которых размещены вставки из других материалов, составляющих заданную композицию химического состава покрытия [94]. Образующие мозаичную мишень матрица и вставки собираются на одном охлаждаемом основании и прикрепляются к нему для лучшего электрического и теплового контакта путем приклеивания или пайки. Мишени такой конструкции в большинстве своем используются при получении многокомпонентных покрытий, если материалы матрицы и каждого вида мозаик имеют близкие значения коэффициентов распыления. В этом случае состав наносимого покрытия может быть определен конструкцией самой мозаичной мишени и в первую очередь соотношением площадей матрицы и каждой из мозаичных вставок на рабочей поверхности мишени. Однако в случае составления мишени из материалов с существенно различающимися коэффициентами распыления задача формирования многокомпонентного покрытия нужного состава значительно усложняется ввиду необходимости учета влияния значительно большего числа факторов процесса, в частности, значений коэффициентов распыления, изменения геометрии рабочей поверхности мишени в зоне ее интенсивной эрозии и др.
В работе [93] экспериментально и с помощью расчета изучалось распределение элементов, осажденных в магнетроне с составным катодом системы ТьС. Различие коэффициентов распыления титана и графита не столь большое, как у Мо и графита (табл.3.1). Составной катод представлял собой графитовый диск, окруженный титановым кольцом. Магнетрон работал в режиме с минимальным давлением рабочего газа - аргона, и, как будет показано далее, скорость эрозии в этом случае пропорциональна коэффициенту распыления материала и его площади, находящейся в зоне эрозии. А поскольку коэффициент распыления графита в несколько раз меньше, чем коэффициент распыления титана, то площадь титанового кольца должна быть намного меньше, чем площадь графитового диска. Кроме того, в работе показано, что для получения стехиометрического состава ПС по всей толщине пленки, надо учитывать выработку и изменение кривизны титанового кольца. Для этого надо изготавливать титановое кольцо с поверхностью сложной геометрии. Очевидно, что проблемы еще более возрастают при получении карбидов металлов с большей разницей коэффициентах распыления, как в случае получения карбида молибдена.