Properties of Titanium Nitride Coatings Deposited by a Hybrid CAE-PLD Technique

• Autorzy: Bujak J. , Kusiński J. , Rozmus-Górnikowska M.

Warianty tytułu

PL

Własności powłok azotku TiN nanoszonych techniką CAE-PLD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of an iiwestigation of the structure and properties of TiN coatings deposited by a hybrid CAE-PLD method are presented in the paper. The TiN coatings were synthesized on the HS6-5-2 tool steel substrates by a combination of pulsed laser ablation (PLD) and cathodic arc evaporation (CAE) methods. A KrF excimer laser, operating at wavelength of 248 nm, was applied for ablation of Ti target in a nitrogen atmosphere. Ali experiments were carried out at two values of the laser beam fluence (5 J/cm2, 12 J/cm2) and at constant: nitrogen pressure (0.5 Pa), substrate bias voltage (-250 V) and arc current (80 A). The CAE was used for a vapor excitation. The surface morphology, structure and chemical composition of the deposited coatings were analyzed by means of scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, glow-discharge optical emission spectroscope, while mechanical properties of coatings (hardness, Young's modulus and adhesion strength) were determined using nano-indentation method and scratch testing. A comparative analysis of the properties of TiN coatings deposited by CAE method and by the hybrid CAE-PLD techniąue showed an increased hardness and an improved adhesion for CAE-PLD coatings. Moreover, it is observed that defectiveness degree of the TiN coatings deposited by CAE-PLD decreases with increasing of fluence value.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i własności powłok azotku tytanu TiN nanoszonych techniką CAE-PLD. Powłoki TiN zostały naniesione na podłoże ze stali szybkotnącej HS6-5-2 w wyniku kombinacji dwóch metod: osadzania laserem impulsowym PLD (Pulsed Laser Deposition) oraz katodowego odparowania łukowego CAE (Cathodic Arc Evaporation). Do ablacji użyto lasera excimerowego KrF o długości fali 248 nm. Badania prowadzono zmieniając fluencję (5 J/cm2, 12 J/cm2) oraz przy stałym ciśnieniu azotu i stałych parametrach prądowych. Morfologię, mikrostrukturę oraz skład chemiczny osadzonych powłok zbadano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), dyfraktometru rentgenowskiego (XRD) oraz optycznego spektrometru emisyjnego z wyładowaniem jarzeniowym (GDOES). Do badania własności mechanicznych (twardość, moduł Younga, adhezja) użyto nanotwardościomierza oraz scratch testera CSM Instruments. Analiza własności powłok TiN nanoszonych techniką CAE oraz CAE-PLD wykazała większa twardość oraz adhezję powłok naniesionych techniką CAE-PLD w stosunku do tych samych powłok naniesionych metodą CAE.

Słowa kluczowe

EN

CAE-PLD; coatings; microstructure

PL

CAE-PLD; powłoki; mikrostruktura

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 1
• Strony: 263--270
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bujak J.

autor

Kusiński J.

autor

Rozmus-Górnikowska M.

• INSTITUTE FOR SUSTAINABLE TECHNOLOGIES - NATIONAL RESEARCH INSTITUTE, 26-600 RADOM, 6/10 PUŁASKIEGO STR., POLAND

Bibliografia

• [1] J. M. Lackner, W. Waldhauser, R. Berghauser, R. Ebner, B. Major, T. Schoberl, Thin Solid Films 169, 453-454 (2004).
• [2] H. U. Krebs, International Journal of Non-Equilibrium Processing 3, 10 (1997).
• [3] J. Tang, J. S. Zabinski, J. E. Bullmen, Surf. Coat. Technol. 91, 72 (1997).
• [4] W. soChauhan, S. Moran, W. Ge, W. Si, H. J. White, Sciripta Materialia 52, 737 (2005).
• [5] E. W. Kreutz, G. Backes, M. Martin, Surf. Coat. Technol. 97, 436 (1997).
• [6] E. W. Kreutz, M. Alunovic, T. Klotzbueher, M. Mertin, D. A. Wesner, W. Pfleeging, Surf. Coat. Technol. 74-75, 1013 (1995).
• [7] T. Klotzbucher, M. Mergens, D. A. Wesner, E. U. Kreutz, Surf. Coat. Technol. 100-101, 389 (1998).
• [8] V. Giardini, S. Marotta, G. P. Orlando, Parisi, Surf. Coat. Technol. 151-152, 3170-319 (2002).
• [9] T. Klotzbucher, M. Scherge, M. Mergens, D. A. Wesner, E. U. Kreutz, Surf. Coat. Technol. 98, 1073 (1998).
• [10] Y. Suda, T. Ono, M. Akazawa, Y. Sakai, J. Tsujino, N. Homma, Thin Solid Films 415, 16-19 (2002).
• [11] E. Cappelli,S. Orlando, G. Mattei,F. Pin-zari, S. Zoffoli, Appl. Surf. Sci. 186, 442 (2002).
• [12] J. A. Greer, M. D. Tabat, J. Vac. Sci. Technol. A 13, 1175 (1995).
• [13] A. A. Voevodin, S. D. Capano, A. J. Safriet, M. S. Donley, J. S. Żabiński, Appl. Phys. Lett. 69, 188 (1996).
• [14] A. A. Voevodin, J. P. O’Neill, J. S. Żabiński, Thin Solid Films 342, 195 (1999).
• [15] J. P. Celis, D. Drees, M. Z. Huq, P. Q. Wu, M. De. Bonte, Surf. Coat. Technol. 113, 173 (1999).
• [16] A. A. Voevodin, M. A. Capano, S. J. P. Laube, M. S. Donley, J. S. Żabiński, Thin Solid Films 298, 108 (1997).
• [16] A. A. Voevodin, M. S. Donley, J. S. Żabiński, Suf. Coat. Technol. 92, 46-47 (1997).
• [17] A. A. Voevodin, M. S. Donley, Suf. Coat. Technol. 82,210-211 (1996).
• [18] B. Major, J. T. Bonarski, W. Waldhauser, J. M. Lackner, R. Ebner, Archives of Metallurgy and Materials 49, 83-92 (2004).
• [19] Y. H. Cheng, B. K. Tay, S. P. Lau, X. Shi, J.Vac.Sci. Technol. A 19, 736-742 (2001).
• [20] A. N. Kale, K. Ravindranath, D. C. Kothari, R. M. Roale, Suf. Coat. Technol. 145, 64 (2001).
• [21] I. W. Boyd, Ceramics International 22, 430 (1996).
• [22] CA. Davis, Thin Solid Films 226, 30-34 (1993).