Elaboration of magnetron deposition conditions of TiN/Si3N4 nanocomposite coatings

• Autorzy: Morgiel J. , Major Ł. , Grzonka J. , Mania R. , Rakowski M.

Warianty tytułu

PL

Opracowanie warunków otrzymywania warstw nano-kompozytowych z wykorzystaniem techniki magnetronowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The TiN/Si3N4 coatings were deposited by reactive single target magnetron sputtering. The TiSi10 and TiSi6 targets were prepared from titanium and silicon elemental powders. The transmission electron microscopy helped to confirm the nanocomposite nanocrystalline TIN/ amorphous Si3N4 microstructure of coatings. The experiments helped to determine the critical coatings thickness at close to 1 žm. The micro-hardness of such coatings deposited on high speed steel was estimated at 11.9 - 13 GPa and characterized by critical loading in the range of 13 - 14 N. The measurements of chemical compositions of coatings showed that the ratio of silicon to titanium was at least twice as high as those in the targets, what might have lowered the coatings mechanical properties.

PL

Powłoki TiN/Si3N4 naniesiono techniką rozpylania magnetronowego przy użyciu targetu o składzie TiSi10 lub TiSi6 (% at.). Targety te zostały przygotowane na drodze spiekania na gorąco proszków krzemu i tytanu. Analizę mikrostruktury nanokompozytowych nanokrystalicznych powłok TiN/Si3N4 o krytycznej grubości delaminacji zbliżonej do l žm, przeprowadzono przy użyciu mikroskopu transmisyjnego. Mikrotwardość powłok na podłożu ze stali szybkotnącej określono na poziomie 11.9 - 13 GPa. Analiza składu chemicznego powłok wykonana techniką EDS wykazała, że stosunek zawartości krzemu do tytanu jest dwa razy większy niż w targetach, co może stanowić przyczynę ich niższej od oczekiwań twardości.

Słowa kluczowe

EN

nanocrystallites; nanocomposites; TiN/Si3N4; magnetron sputtering

PL

nanokrystality; nanokompozyty; TiN/Si3N4; rozpylanie magnetronowe

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2006
• Tom: nr 2
• Strony: 33--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Morgiel J.

autor

Major Ł.

autor

Grzonka J.

autor

Mania R.

autor

Rakowski M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, PAS, Krakow; Faculty of Materials Science and Ceramics, AGH, Krakow; Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, AGH, Krakow

Bibliografia

• 1. Rickerby D.S., Matthews A.: Advanced Surface Coatings: a Handbook of Surface Engineering. 1991, p. 1-14.
• 2. Carvalho N.: Low friction and wear resistant coatings-microstructure and mechanical properties. 2001.
• 3. Patscheider J.: Nanocomposite Hard Coatings for Wear Protection. MRS Bulletin 2003, p. 180-183.
• 4. Zhang W.J., Bello I, Lifshitz Y., Lee S.T.: Recent advances in cubic boron nitride deposition. MRS Bulletin 2003, p. 184-188.
• 5. Voevodin A., Zabinski J.: Superhard, functionally gradient, nanolayered and nanocomposite diamond-like carbon coatings for wear protection. Diamond and Related Materials 1998, p. 463-467.
• 6. Veprek S., Haussmann M., Reiprich S., Shizhi L., Dian J.: Novel thermodynamically stable and oxidation resistant superhard coating materials. Surface and Coatings Technology 1996, p. 394-401.
• 7. Kauffman F., Ji B., Dehm G., Gao H., Arzt E.: A quantitative study of the hardness of a superhard nanocrystalline titanium nitride/silicon nitride coating. Scripta Materiala 2005, p. 1269-1274.
• 8. Veprek S., Reiprich S.: A concept for the design of novel superhard coatings. Thin Solid Films 1995, p. 64-71.
• 9. He J.L., Chen C.K., Hon M.H.: Microstructure and properties of Ti-Si-N films prepared by plasma-enhanced CVD. Mat. Chemistry and Physicis 1996, p. 9-6.
• 10. Kauffmann F., Dehm G., Schier V., Schattke A., Beck T., Lang S., Arzt E.: Microstructural size effects on the hardness of nc-TiN/a-SiNx coatings prepared by magnetron sputtering. Thin Solid Film 2005, p. 114-122.
• 11. Diserens M., Patscheider J., Levy F.: Mechanical properties and oxidation resistance of nanocomposite TiN-SiNx PVD thin films. Surface and Coatings Technology 1999, p. 158-165.
• 12. Brizoual L., Granier A., Clenet F., Briaud P., Lemperiere G., Turban G.: Experimental study of Ti-Si-N films obtained by RF magnetron sputtering.Surface and Coatings Technology 1999, p. 922-926.
• 13. Shtansky D.V., Lyasotsky LV., D'yakonova N.B., Kiryukhantsev-Korneev F.V., Kulinich S.A., Levashov E.A., Moore J.J.: Comparative investigation of Ti-Si-N films magnetron sputtered using Ti5Si3+Ti and Ti5Si3+TiN targets. Surface and Coatings Technology 2004, p. 204-214.
• 14. Miernik K.: Działanie i budowa magnetronowych urządzeń rozpylających. Wyd. Inst. Techn. Eksploatacji. Radom 1997, p. 175 (in Polish).