Multisource, magnetron deposited Al-Cu-Fe thin film coatings - the structure and properties

• Autorzy: Gulbiński W. , Warcholiński B. , Suszko T. , Kazimierowicz R.

Warianty tytułu

PL

Struktura i właściwości cienkich warstw międzymetalicznych Al-Cu-Fe nanoszonych metodą wieloźródłowego rozpylania magnetronowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Thin films of Al-Cu-Fe type have been deposited by means of multisource, DC magnetron sputtering from elemental, metallic targets. The composition of films, studied by the EDS method, has been chosen which is close to the one corresponding to the icosahedral quasicrystalline phase [psi]-Al(62.5)Cu(25.0)Fe(12.5) X-ray diffraction studies of films deposited at 400°C on steel substrates revealed that the cubic [beta]-Al(Cu,Fe) phase is a dominant one. SEM and TEM techniques have been used for the surface and cross section characterisation of deposits. Prolonged post annealing of these coatings led to inter-diffusion of components between the steel substrate and the coating. It leads to the change of the phase composition of the coating and the iron-rich monoclinic [lambda]-Al3Fe1-xCux phase emerges in the film. The preliminary studies of microhardness and tribological behaviour show that the film microhardness reaches a local maximum of about 8.5 GPa for the chemical composition close to the one of the quasicrystalline phase. However, the presence of this phase in studied films has not been proven yet. The friction coefficient values, measured against alumina in ball on disc geometry, oscillate around 0.65 - the value lower than that observed for uncoated 4H13 steel.

PL

Cienkie warstwy trójskładnikowe Al-Cu-Fe nanoszono metodą stałoprądowego, wieloźródłowego rozpylania magnetronowego z katod metalicznych. Skład warstw, kontrolowany metodą spektroskopii energodyspersyjnej (EDS) był zbliżony do składu quasi-krystalicznej fazy [psi]-Al(62.5)Cu(25.0)Fe(12.5) o symetrii dwudziestościanu. Struktura warstw nanoszonych przy temperaturze podłoża równej 400°C odpowiadała kubicznej fazie [beta]-Al(Cu,Fe). Morfologię powierzchni warstw oraz ich strukturę badano odpowiednio metodami elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronuzji składniowej (TEM). Długotrwałe wygrzewanie badanych warstw, nanoszonych na stali prowadzi do dyfuzji żelaza w głąb warstwy, co skutkuje pojawieniem się bogatej w żelazo jednoskośnej fazy [lambda]-Al3Fe1-xCux. Wstępne badania mikrotwardości wskazują na szerokie maksimum na poziomie 8,5 GPa dla warstw o składzie zbliżonym do składu fazy quasi-krystalicznej. Obecność wydzieleń tej fazy w badanych warstwach nie została jeszcze jednoznacznie potwierdzona. Współczynnik tarcia, mierzony względem ceramiki alundowej w układzie kula--płaszczyzna, oscyluje wokół wartości 0,65 i jest niższy niż obserwowany dla niepokrytej stali 4H13.

Słowa kluczowe

EN

magnetron sputtering; thin film; intermetallic phase; Al-Cu-Fe system; tribological properties

PL

rozpylanie magnetronowe; cienka warstwa; faza międzymetaliczna; układ Al-Cu-Fe; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2006
• Tom: nr 4
• Strony: 69--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Gulbiński W.

autor

Warcholiński B.

autor

Suszko T.

autor

Kazimierowicz R.

• Technical University of Koszalin, Koszalin

Bibliografia

• 1. Dubois J.M.: New prospects from potential applications of quasicrystalline materials. Mat. Sci. Engn., 2000, 294–296, 4–9.
• 2. Thiel P.A.: An introduction to the surface science of quasicrystals. Progress in Surface Science, 2004, 75, 69–86.
• 3. Jenks C.J., Thiel P.A.: Quasicrystals: A short review from a surface science perspective. Langmuir, 1998, 14, 1392–1397.
• 4. Lograsso T.A., Delaney D.W.: Preparation of large single grains of the icosahedral Al-Cu-Fe Y-phase. J. Mater. Res., 1996, 2125.11.
• 5. Lograsso T.A., Delaney D.W.: Growth and characterization of ψ–Al63Cu25Fe12 single grains. [In]: Takeuchi S., Fujiwara T. (eds.): Proc. of the 6th Intern. Conf. on Quasicrystals (ICQ6), World Scientific, Singapore, 1998, 325.
• 6. Yokoyama Y., Fukaura K., Sunada H.: Preparation of large grained Al64Cu23Fe13 icosahedral quasicrystal directly from the melt. Mater. Trans. JIM, 2000, 41, 668–674.
• 7. Yokoyama Y. et al.: Production of single Al64Cu23Fe13 icosahedral quasicrystal with the Czochralski method, Mater. Sci. Eng., 2000, A294–296, 68–73.
• 8. Yokoyama Y., et al.: Growth of a single Al64Cu23Fe13 icosahedral quasicrystal using the Czochralski method and annealing removal of strains. Mater. Trans. JIM, 2000, 41, 1583–1588.
• 9. Daniels M.J. et al.: Physical vapor deposition route for production of Al–Cu–Fe–Cr and Al–Cu–Fe quasicrystalline and approximant coatings. Surf. Coat. Technol., 2005, 191, 96–101.
• 10. Cekada M. et al.: Deposition and characterisation of Al–Cu–Fe thin films. Thin Solid Films, 2004 , 459, 267–270.
• 11. Grenet T. et al.: Fabrication and transport properties of thin films of quasicrystals. J. Alloys and Compounds, 2002, 342 , 2–6.
• 12. Bonasso N. et al.: Effect of oxygen on the making of AlCuFe quasicrystalline coatings. Thin Solid Films, 2002, 409, 165–171.
• 13. Bonasso N., Rouxel D., Pigeat P.: Icosahedral Al62Cu25.5Fe12.5 phase in the presence of carbon. Mat. Sci. and Engn., 2005, A390, 166–170.
• 14. Teghila R. et al.: Picosecond and femtosecond pulsed laser ablation and deposition of quasicrystals. Appl. Surf. Sci., 2003, 210, 307–317.
• 15. Yuan W.D. et al.: Microstructure and tribological properties of plasma sprayed Al–Cu–Fe quasicrystalline coatings after laser post-treatment processing. Surf. Coat. Technol., 2004, 185, 99–105.
• 16. Shao T. et al.: Tribological behavior of plasma sprayed Al-Cu-Fe + Sn quasicrystalline composite coatings. J. Non-Crystalline Solids, 2004, 334–335, 466–470.
• 17. Phillips B.S., Zabinski J.S.: Frictional characteristics of quasicrystals at high temperatures Trib. Lett., 2003, 15, 57–64.
• 18. Korsunsky A.M. et al.: On the hardness of coated systems. Surf. Coat. Technol., 1998, 99, 171–183.
• 19. Bradley A.J., Goldschmidt H.J.: An X-ray study of slowly cooled iron-copper-aluminium alloys. Part II. Alloys rich in Aluminium. J. Inst. Met., 1939, 65, 403–418.