Разработка метода получения многокомпонентных покрытий в магнетроне с мозаичным катодом
Диссертация
При осаждении ионов из низкоэнергетичных потоков плазмы защитный слой формируется на поверхности материалов с выраженной границей раздела. Состав этого слоя определяется либо составом потока плазмы, получаемой при распылении многоэлементных катодов (типа жаростойких покрытий), либо при взаимодействии потоков ионов реакционно-способных металлов (типа Тл, Мо, 7л и т. д.) с атомами остаточной… Читать ещё >
Содержание
- 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 ТШ, СПА1) Н (А12г)И
- 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
- Коган Я.Д. Металловедение и термическая обработка металлов, № 9, 1974, с.2−4.
- Grant W.A., Williams J.S. The modification of surface layers by ion implantation. Sci. Prog. (Oxf), 1976, v.63, p.27−64.
- Мейер Дж, Эриксон Ч., Дэвис Дж. Ионное легирование полупроводников / Пер. с англ., под ред. В. М. Гусева. М.: Мир, 1973.- 296 с.
- Townsend P.D., Kelly J.C., Hartley N.E.W. Ion Implantation, Sputtering and Their Applications. N.Y. London: Academic Press, 1976, p.333.
- Берхаузер, Патент № 668 639 DRP Б.
- Лахтин Ю.М., Крымский Ю. Н., Семенов Р. А. «МиТОМ», 1964, № 3, с. 37−41.7. «Ion implantation» ed. J.K. Mirvinen, Treatise on materials science and Technology, v.18, 1980. N. York, London, Toronto.
- Poate J.M., Foti G., Jacobson D.C. «Surface modification and Alloys by laser, Ion and Electron beams», Plenum Press, N. York, London, 1983.
- Proc. of Inter. Conf. on Ion Beam Modification of Materials.- Tokyo, Japan, 1988.
- Труды Всесоюзной конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск, НИИ ЯФ при ТПИ, 1988.
- Труды Всесоюзной конференции по ионно-лучевой модификации материалов. -Каунас, КПИ, 1989.
- Хирвонен Дж. Ионная имплантация. М.: Металлургия, 1985. — 392 с.
- Гусева М.И. Ионная имплантация в металлы. М.: Поверхность, 1982. — № 4. с.27−50.
- Диденко А.Н., Лигачев А. Е., Куракин И. Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М.: Энергоатомиздат. 1987. — 184 с.
- Погребняк А.Д., Толопа A.M. Аналитический обзор «Применение ионно-плазменных потоков металлов для обработки конструкционных материалов», Харьков, 1990, ДОРНТИ 7.1.3.
- Семенов А.П. Трение и износ, 1982, т.З, № 3, с. 401.
- Аксенов И.И., Паданка В. Г., Хороших К. М. Формирование потоков металлической плазмы // Обзор. М.: ЦНИИ атоминформ, 1984. — 83 с.
- Лаферти Дж. Вакуумные дуги. М.: Мир, 1982. — 432 с.
- Гришин С.Д., Лесков Л. В., Козлов Н. П. Плазменные ускорители. М.: Машиностроение, 1983, — 213 с.
- Mannling H.D., Patil D.S., Moto К. et al. Surface and Coatings Technology, 146−147, p.263.
- Марей A.P., Воронин H.A., Семенов А. П. Поверхность. Физика, химия, механика, 1993,10,с. 100−105.
- Ионно-лучевая модификация материалов. Всесоюзная Конференция, Каунас, КПИ, 1989, с. 168.
- Марей А.Р., Хрущев М. М., Свешников C.B. и др. Тезисы доклада V Всесоюзного семинара «Структура дислокации и механические свойства металлов и сплавов», Свердловск, 1990, с. 164.
- Kelly P. J., Arnell R.D. Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications, Vacuum 56 (2000) 159−172.
- Relly P.J., R.D. Arnell, Vacuum 56 (2000), 159−172. v
- Хохлов Г. Г., Кардашев Б. К., Костыгов A.C. и др. Известия АНСССР, сер. Физ., Т.40, № 7,1976.
- Smith R.P. Trans AIME, 1960, 218,218, № 2, 62.
- Гусев В.М., Бушаров Н. П., Проничев A.M. ПТЭ, 1968, № 4, с. 19−27.
- Гусев В.М., Гусева М. И. Природа, № 12, 1979, с.42−52.
- Баженов Г. П., Бугаев С. П., Ерохин Г.П, и др.// Источник ионов металлов на основе дугового разряда с холодным катодом // Тезисы доклада V Всесоюзной Конференции по сильноточной электронике. Томск, ИСЭ СО АН СССР, 1984, — Т.2. — С. 93−95.
- Арзубов Н.М., Исаев Г. П., Рябчиков А. И. Вакуумно-дуговой частотно-импульсный источник ионов // Тезисы докладов VI Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике. Томск, ИСЭ СО АН СССР, 1986. — Т.З.-С. 184−186.
- Габович М.Д. «Плазменные источники ионов», Киев, 1964, Наукова Думка.
- Гусева М.И., Атаманов М. В., Веселовзоров А. Н. и др. Российский Патент № 2 070 607,25.12.1992.
- Гусева М.И., Атаманов М. В., Веселовзоров А. Н. и др. Российский Патент № 2 039 126, 25.12.1992.
- Гусева М.И., Атаманов М. В., Веселовзоров А.Н, Владимиров Б. Г. Авторское свидетельство № 1 517 371″ Su 168 168 1695 17.08.1987.
- Guseva M.I., Gordeeva G.V., Martynenko Yu.V. et al. Rad. Effects and Defects in Solids, 2001, v. 153, p.191−203.
- Ulrich S., Holleck H, Ye. H et al Forschungsentmm Karlsruhe, TZO GmbH.
- Musil J., Yicek J., PolakovaN, Baroch P., Han J.G. Magnetron with gas injection through hollow cathodes machined in sputtered target. University of West Bohemia, Czech Republic, Sung Kyun Kwan university, Korea.
- Schiller S., KirchoffV. (Invited) High Rate Deposition by Pulsed Magnetron Sputtering for Flat Panel Applications, Fraunhofer Institute for Electronen-strahl und Plasmatechnik (Germany).
- Karvankova P., Mannling H.-D., Eggs C., Veprek S. Thermal stability ofZnN-Ni and CrN-Ni superhard nanocomposite coatings, Int. Conf. On Metalurgical Coatings and Thin Films, San Diego April/May 2001, Surf. Coat. Technol. in press, p. 1−11.
- Yang S., Teer D.G. Investigation of sputtered carbon and carbon/ chromium multi-layered coatings, Surface and Coatings Technology 131 (2000) 412−416.
- Liu C., Leyland A., Bi Q., Matthews A. Corrosion resistance of multi-layered plasmaassisted physical vapour deposition TiN and CrN coatings. Surface and Coatings Technology 141 (2001) 164−173.
- Kwon S-C, Lee G-H, Choi B.H. Improvement of Adhesion by Ion Implantation of nitrogen for TiN Coating, 5th Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Proceedings, v. 3, Tomsk, Russia, 24−29 September 2000, c.386−389.
- Hsieh J. FL, Zhang W.H., Li C., Sun C.Q. Characterization of (TixCro.6-x)No, 4 coatings and their tribological behaviors against an epoxy molding compound, Surface and Coatings Technology 146−147 (2001) 331−337.
- Fontaine J., Donnet C., Grill A., LeMogne T. Tribochemistry between hydrogen and diamond-like carbon films. Surface and Coatings Technology 146−147 (2001) 286−291.
- Lauwerens W., Boeck A. De, Thijs M., Claessens S., Stappen M.V., Steenackers P. PVD Al-Ti and Al-Mn coatings for high temperature corrosion protection of sheet steel, Surface and Coatings Technology 146−147 (2001) 27−32.
- Bjork Т., Berger M., Westergard R., Hogmark S., Bergstom J. New physical vapour deposition coatings applied to extrusion dies. Surface and Coatings Technology 146−147 (2001)33−41.
- Person A., Bergstom J., Burman C., Hogmark S. Influence of deposition temperature and time during PVD coating of CrN on corrosive wear in liquid aluminium. Surface and Coatings Technology 146−147 (2001) 42−47.
- Gell M, Jordan E.H., Sohn Y.H., Goberman D., Shaw L., Xiao T.D. Development and implementation of plasma sprayed nano structured ceramic coatings. Surface and Coatings Technology 146−147 (2001) 48−54.
- Sanz A. Tribological behavior of coatings for continuous casting of steel, Surface and Coatings Technology 146−147 (2001) 55−64.
- Гусева М.И. Ионная имплантация в неполупроводниковые материалы, Итоги науки и техники, Физические основы лазерной и пучковой технологии, т.5. 1989. с.5−54.
- Плешивцев Н.В., Бажин А. И. Физика воздействия ионных пучков на материалы, М.:
- Вузовская книга, 1998. 392 с.
- Martynenko Yu.V., Carter G. Rad. Effects and Defects in Solids, 1994, v. 132, p. 103 118.
- Пранявичюс Д., Дудонис Ю. Модификация свойств твердых тел ионными пучками, Вильнюс, «МОКСЛАС», 1980.
- Валяев А.Н., Погребняк А. Д., Плотников С. В. Радиационно-механические эффекты в твердых телах при облучении высокоинтенсивными импульсными электронными и ионными пучками, Алматы, Гылым, 1998.
- Window В., Savvides N. J Vac.Sci. Technol A 1986- 4 (2): 196−202.
- Window В., Savvides N. J Vac.Sci. Technol A 1986- 4 (2): 453−6.
- Savvides N. Window В., J Vac.Sci. Technol A 1986- 4 (2): 504−8.
- O’Brien J. Arnell R.D. Surf. Coat. Technol 1996- 8687: 200−6.
- Sproul W.D., Rudnick P.J., Graham M.E., Rohde S.L. Surf. Coat. Technol 1990- 43/44−270.8.
- Teer D.G., UK patent № 2 258 343, USA patent № 5 554 519, European patent № 0 521 045.
- Monaghan D.P., Teer D.G., Laing K. C, Efeogly I, Arnell R.D. Surf. Coat. Technol, 1993- 59−21.5.
- Fox V., Hampshire J., Teer D.G. Surf Coat Technol 1999- 112: 118−22.
- Teer D.G. Surf. Coat. Technol 1989- 39/40: 565.
- Gencoa Product Information: V-Tech Magnetrons. Gencoa, 4 Wavertree Boulevard South, Liverpool L7 9PF, UK. Web address: www.Gencoa.com.
- Schiller S, Goedicke K, Reschke J, KirchoffV, Schneider S, Milde F. Surf Coat Technol 1993−61:331−7.
- Scherer M, Schmitt J, Latz R., Schanz M. J Vac Sei Technol A 1992- 10: 1772.
- Frach P, Heisig U, Gottfried Chr, Walde H. Surf Coat Technol 1993- 59: 277.
- Glocker D.A. J Vac Sei Technol A 1993- 11: 2989.
- Sproul W.D., Graham M.E., Wong M.S., Lopez S, Li D, Scholl R.A. J. Vac Sei Technol A 1995−13:1188.
- Kelly P.J., Abu-Zeid O.A., Arnell R.D., Tong J. Surf. Coat. Technol., 1996- 86−87:28−32.
- Fortuna S.V., Sharkeev Yu.P., Stepanov I.V., Shulepov LA., Perry A. L, Matossian J., 5th Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Proceedings, v. 3, Tomsk, Russia, 24−29 September 2000, c.460−463.
- Perry A. L, Manory R.R., Nowak R, Rafaja D., Vacuum., 49 (1995) 89.
- Matossian J., Wei R., Vajo J., Hunt G, Gardos M, Chambers G., Oliver D., Jay L., Taylor C.M., Alderson G., Komanduri R., Perry A.J., Surf.Coat. Technol., 108−109 (1998) 496.
- Clayton В., Jarratt M., Teer D.G., Yang S. A new cylindrical magnetron for coating the internal surfaces of engineering components, Teer Coatings Ltd., DY104JB, United Kingdom.
- Мартыненко Ю.В. Взаимодействие плазмы с поверхностями, Итоги науки и техники, Физика плазмы, т. 3, с. 119−175.
- Патент GB № 2 258 343, С23С14/34, 1997 г.
- Патент US № 4 842 706, С23С 14/34, 1989 г.
- Заявка JP 61−250 165, С23С14/34, 1986 г. 91. Заявка JP 63−65 070,1988 г.
- Патент DE № 2 940 369, С23С 15/00, 1983 г.
- Перекрестов В.И., Хворост В. А., Павлов А. В. Сверхтвердые материалы, 2000, № 5, с. 10−15.
- Заявка JP № 1−75 673, С23С14/34, 1989 г.
- Заявка Японии JP № 61−54 112, С23С14/36,1986 г.
- SU.No 1 816 288, С23С14/35,1993 г.
- Ширяев С.А., Атаманов М. В., Гусева М. И., Мартыненко Ю. В., Митин А. В., Митин B.C., Московкин П. Г., Получение и свойства композиционных покрытий на основе металл-углерод с нанокристаллической структурой. ЖТФ, 2002, Т 72, с. 99−104.
- Ширяев С.А., Атаманов М. В., Гусева М. И., Мартыненко Ю. В., Митин А. В., Митин B.C., Московкин П. Г., Нанокристаллические композитные покрытия, полученные магнетронным распылением с мозаичным катодом, Перспективные материалы, 2002cJb.G?- .
- Ширяев С.А., Атаманов М. В., Гусева М. И., Мартыненко Ю. В., Митин А. В., Митин B.C., Получение композитных покрытий магнетронным распылением, Физика и химия обработки материалов, 2002., № 3, стр 33−37
- J.F. Ziegler and J.P. Biersack, The Stopping and Range of Ions in Solids, Pergamon Press, NY, 1985, JSBM 0 08 21 603 -X.
- Ширяев С.А., Атаманов М. В., Гусева М. И., Мартыненко Ю. В., Митин А. В., Митин B.C., Московкин П. Г., Структура и адгезия покрытия (TiAl)N на нержавеющей стали, Металлы, 2002, № c-7/ъ. ^•
- J.Musil and J. Vlcek, 5th Conf. On Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, Russia 24−29 September, 2000, v. 3 p. 393−398.
- Рекламный проспект фирмы «PLATIT».
- Гусева М.И., Коршунов C.H., Мартыненко Ю. В. и др. 5th Conf. On Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, Russia 24−29 September, 2000, v.l.p.66−69.
- Martynenko Yu.V., Moskovkin P.G. (1994), Rad. Effects and Defects in Solids, 129,19
- Зеленский Г. К., Иолтуховский А. Г., Митин B.C., Русанов А. Е. и др. «Оценка коррозионной стойкости металла опытных плавок в свинце с различным содержанием кислорода», отчет ВНИИНМ, инв. № 9769, Москва, 2001, 54с.
- Митин B.C., Саванович O.A., Ширяев С. А. и др. Авторское свидетельство. № 1 102 291 от 07.04.1984 г, по заявке № 342.4817 с приоритетом от 19.04.1984 г., кл. С23С 15/00. «Устройство для ионно-плазменного распыления покрытий «.
- Митин A.B., Ширяев C.JL, Десятова JI.A., Саванович O.A. Кривоспицкнй K.M. Авторское свидетельство № 1 610 925 от 01 Ж 1990 г. по заявке 4 618 237 с приоритетом от 27.11.1988 г., кл. С23С13/00, «Способ нанесения покрытия».
- Митин B.C., Синев В. П., Ширяев С. А. и др., «Разработка моделей формирования двухкомпонентных покрытий магнетронным распылением мозаичных мишеней с целью оптимизации их конфигураций». Отчет № 7019, ВНИИНМ, Москва, 1989, 26с.
- Митин B.C., Форстман В. А., Ширяев С.А., и др., «Математическое моделирование процесса нанесения покрытий с использованием мозаичных мишеней методом магнетронного напыления», Отчет № 7456 ВНИИНМ, Москва 1991 г. 19с.