Plasma emission spectroscopy as a monitoring tool for deposition of S-phase layers by magnetron sputtering

• Autorzy: Suszko T. , Jahodowa V. , Gulbiński W.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.15

Warianty tytułu

PL

Spektroskopia emisyjna plazmy jako narzędzie do monitorowania procesu magnetronowego nanoszenia warstw fazy S

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Numerous attempts to improve hardness and wear resistance of austenitic stainless steel by nitriding led to identification of so called S-phase (expanded austenite). Currently S-phase is obtained not only by nitriding of steel but also by physical vapour deposition (PVD). The aim of present work was to verify whether the magnetron sputter deposition process of the S-phase layers from 316L steel target can be monitored with the use of plasma optical emission spectroscopy (OES). Specific atomic emission lines of steel target and gas atmosphere components were chosen and analyzed. A series of deposition processes as well as samples characterization was performed. The atomic chromium emission line at 520.8 nm has been selected and proven to be sensitive to the 316L target poisoning process and thus appropriate for deposition process monitoring.

PL

Liczne próby zwiększenia twardości oraz odporności na zużycie ścierne austenitycznych stali nierdzewnych doprowadziły do identyfikacji tak zwanej fazy S (austenitu rozszerzonego). Aktualnie fazę tę na powierzchni stali uzyskuje się nie tylko na drodze azotowania, ale również metodami PVD. Celem pracy było zweryfikowanie, czy proces nanoszenia warstw fazy S za pomocą rozpylania magnetronowego targetu ze stali 316L może być monitorowany z wykorzystaniem optycznej spektroskopii emisyjnej (OSE) plazmy procesowej. Wybrano i przeanalizowano szereg linii emisyjnych zarówno materiału źródła, jak i atmosfery gazowej. Przeprowadzono procesy nanoszenia warstw fazy S oraz przebadano ich skład chemiczny oraz fazowy. Wytypowano atomową emisyjną linię chromu (520,8 nm) jako czułą na zatruwanie źródła i użyteczną z punktu widzenia monitorowania procesu nanoszenia.

Słowa kluczowe

EN

expanded austenite; S-phase; optical emission spectroscopy; process control; magnetron sputtering

PL

rozszerzony austenit; faza S; optyczna spektroskopia emisyjna; kontrola procesu; rozpylanie magnetronowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 273--275
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Suszko T.

• Faculty of Technology and Education, Koszalin University of Technology

autor

Jahodowa V.

• Faculty of Technology and Education, Koszalin University of Technology

autor

Gulbiński W.

• Faculty of Technology and Education, Koszalin University of Technology

Bibliografia

• [1] Baranowska J.: Microstructural changes in the upper surface of austenitic steel induced by ion sputtering and gas nitriding. Vacuum 81 (10) (2007) 1216÷1219.
• [2] Blawert C., Kalvelage H., Mordike B. L., Collins G. A., Short K. T., Jirskova Y., Schneeweiss O.: Nitrogen and carbon expanded austenite produced by PI3. Surface and Coatings Technology 136 (1-3) (2001) 181÷187.
• [3] Briglia T., Terwagne G., Bodart F., Quaeyhaegens C., D’Haen J., Stals L.: Study of nitrogen-implanted stainless steels by CEMS and TEM. Surface and Coatings Technology 80 (1-2) (1996) 105÷108.
• [4] Lacoste A., Béchu S., Arnal Y., Pelletier J., Vallée C., Gouttebaron R., Stoquert J.: Nitrogen profiles in materials implanted via plasma-based ion implantation. Surface and Coatings Technology 156 (1-3) (2002) 125÷130.
• [5] Kappaganthu S., Sun Y.: Studies of structure and morphology of sputterdeposited stainless steel nitrogen films. Applied Physics A: Materials Science & Processing 81 (2005) 737÷744.
• [6] Baranowska J., Fryska S., Suszko T.: The influence of temperature and nitrogen pressure on S-phase coatings deposition by reactive magnetron sputtering. Vacuum 90 (2013) 160÷164.
• [7] Baranowska J.: Characteristic of the nitride layers on the stainless steel at low temperature. Surface and Coatings Technology 180-181 (2004) 145÷149.
• [8] Christiansen T., Somers M.: Characterisation of low temperature surface hardened stainless steel. Struers Journal of Materialography 9 (2006) 1÷17.
• [9] Dahm K., Darnley P.: S-phase coatings produced by unbalanced magnetron sputtering. Surface Engineering 12 (1996) 61÷67.
• [10] Kappaganthu S., Sun Y.: Formation of an MN-type cubic nitride phase in reactively sputtered stainless steel-nitrogen films. Journal of Crystal Growth 267 (1-2) (2004) 385÷393.
• [11] Berg S., Nyberg T.: Fundamental understanding and modeling of reactive sputtering processes. Thin Solid Films 476 (2) (2005) 215÷230.
• [12] Mientus R., Ellmer K.: Reactive DC magnetron sputtering of elemental targets in Ar/N2 mixtures: relation between the discharge characteristics and the heat of formation of the corresponding nitrides. Surface and Coatings Technology 116-119 (1999) 1093÷1101.