Выпуски УФМ »  Том 8, выпуск 3

Структура, свойства и получение твердых нанокристаллических покрытий, осаждаемых несколькими способами

В. М. Береснев$^{1}$, А. Д. Погребняк$^{1,2}$, Н. А. Азаренков$^{3}$, Г. В. Кирик$^{4,5}$, Н. К. Ердыбаева$^{6}$, В. В. Понарядов$^{7}$

$^1$Научный физико-технологический центр МОН и НАН Украины, пл. Свободы, 6, 61022 Харьков, Украина
$^2$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^3$Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, 61022 Харьков, Украина
$^4$Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина
$^5$Концерн «Укрросметалл», просп. Курский, 6, 40020 Сумы, Украина
$^6$Восточно-Казахстанский технический университет, ул. Протозанова, 69, 070004 Усть-Каменогорск, Казахстан
$^7$Белорусский государственный университет, прос. Скорины, 4, 220030 Минск, Республика Беларусь

Получена: 05.06.2007; окончательный вариант - 28.09.2007. Скачать: PDF

В обзоре представлены результаты, касающиеся нового направления создания наноматериалов и нанотехнологий, а конкретно, получения, структуры и свойств нанокомпозитных и нанокристаллических покрытий, нанесенных несколькими методами, имеющих не только высокую твердость, но и другие механические характеристики. На примере нитридов, силицидов, оксидов и их комбинации показаны способы получения, изучена структура и свойства покрытий в зависимости от условий и параметров нанесения или осаждения покрытий. Особое внимание уделено получению нанокристаллических, многокомпонентных, нанокомпозитных материалов, нанесенных вакуумно-дуговым, магнетронным и ионноассистируемым осаждением. Кратко описаны области возможного применения таких покрытий. Проведен анализ работ и рассмотрена физика процессов получения твердых и очень твердых покрытий.

Ключевые слова: нанокристаллические нанокомпозитные покрытия, ионно-плазменный и магнетронный методы осаждения, физико-механические свойства, многокомпонентные и сверхтвердые износостойкие покрытия.

PACS: 62.20.Qp, 68.47.Gh, 68.60.Bs, 81.05.Je, 81.15.Gh, 81.15.Jj, 81.65.-b

Citation: V. M. Beresnev, A. D. Pogrebnyak, N. A. Azarenkov, G. V. Kirik, N. K. Erdybayeva, and V. V. Ponaryadov, Structure, Properties and Fabrication of the Solid Nanocrystalline Coatings Deposited in Several Ways, Usp. Fiz. Met., 8, No. 3: 171—246 (2007) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.08.03.171

Цитированная литература (136)  
  1. W.-D. Munz, J. Vac. Sci. Technol. A, 4: 2717 (1986).
  2. L. A. Donohue, I. J. Smith, W.-D. Munz, I. Petrov et al., Surf. Coat. Technol., 94–95: 226 (1997).
  3. I. Wadsworth, I. J. Smith, L. A. Donohue, and W.-D. Munz, Surf. Coat. Technol., 94–95: 226 (1997).
  4. S. Veprek, M. Haussmann, and S. Reiprich, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 400: 261 (1996).
  5. J. Musil, Acta Metall. Sin., 18: 1 (2005).
  6. J. Musil, Physical and Mechanical Properties of Hard Nanocomposite Films Prepared by Reactive Magnetron Sputtering, in Nanostructured Hard Coatings (Eds. A. Cavaleiro and J. Th. M. de Hosson) (New York: Kluwer Academic–Plenum Publishers: 2005), chap. 10.
  7. S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. A, 17: 2401 (1999). Crossref
  8. F. Kauffmann, G. Dehm, E. Arzt, and V. Schier, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 704, No. W7.3.1 (2002).
  9. W. J. Meng, X.-D. Zhang, B. Shi, R. C. Tittsworth et al., J. Mater. Res., 17: 2628 (2002).
  10. M. Nose, Y. Deguchi, T. Mae, E. Honbo et al., Surf. Coat. Technol., 174–175: 261 (2003). Crossref
  11. N. Jiang, Y. G. Shen, Y. -M. Mai, T. Chan et al., Mater. Sci. Eng. B, 106: 163 (2004).
  12. X. D. Zhang, W. J. Meng, W. Wang, L. E. Rehn et al., Surf. Coat. Technol., 177–178: 325 (2004).
  13. Z. G. Li, M. Mori, S. Miyake, M. Kumagai et al., Surf. Coat. Technol., 193: 345 (2005).
  14. H. Zeman, J. Musil, and P. Zeman, J. Vac. Sci. Technol. A, 22: 646 (2004).
  15. J. Musil, R. Daniel, P. Zeman, and O. Takai, Thin Solid Films, 478: 238 (2005).
  16. J. Musil, R. Daniel, J. Soldan, and P. Zeman, Surf. Coat. Technol., (2005) (in press).
  17. F. Kauffmann, G. Dehm, V. Schier, A. Schattke et al., Thin Solid Films, 473: 114 (2005).
  18. K. Yamada and N. Kamiya, Mater. Sci. Eng. A, 261: 270 (1999).
  19. H. Klem and С Schubert, J. Am. Ceram. Soc., 84: 2430 (2001).
  20. H. Klemm, С Taut, and G. Wotting, J. Eur. Ceram. Soc., 23: 619 (2003).
  21. V. Medri and A. Bellosi, J. Mater. Res., 19: 1567 (2004).
  22. J. D. Wilcock and D. S. Campbell, Thin Solid Films, 3: 3 (1969).
  23. J. Musil, S. Kadlec, V. Valvoda, R. Kuzel et al., Surf. Coat. Technol., 43/44: 259 (1990).
  24. Smithells Metals Reference Book (Ed. E. A. Brandes) (London: Butterworth Heinemann: 1992), p. 8.
  25. Cohesion in Metals–Transition Metal Alloys (Eds. R. Boom, W. С. Martens, A. R. Miedema, and A. K. Niessen) (Amsterdam: North Holland: 1998), chap. 3 and 12, p. 411.
  26. H. Holleck, J. Vac. Sci. Technol. A, 496: 2661 (1986).
  27. S. T. Oyama, The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides (Glasgow: Blackie Academic and Professional: 1996).
  28. M. Hansen, Constitution of Binary Alloys (New York: McGraw-Hill: 1958).
  29. J. D. Kuntz, G.-D. Zhan, A. K. Mukherjee, Nanocrystalline-Matrix Ceramic Composites for Improved Fracture Toughness (MRS Bulletin, Jan., 2004), р. 22.
  30. S. Zhang, D. Sun, Y. Fu, H. Du, Surf. Coat. Technol., 198: 2 (2005).
  31. S. Zhang, X. L. Bui, X. T. Zeng, X. Li, Thin Solid Films, 482: 138 (2005).
  32. W. D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering an Introduction, 6-th Edition (New York: Wilery: 2003).
  33. W. F. Brown Jr. and J. E. Srawley, ASTM STP, 410: 12 (1996).
  34. A. D. S. Jayatilaka, Fracture of Engineering Brittle Materials, (London: Applied Science Publishers: 1979).
  35. J. Musil, Surf. Coat. Technol., 125: 322 (2000). Crossref
  36. J. Musil, F. Kunc, H. Zeman, and H. Polakova, Surf. Coat. Technol., 154: 304 (2002).
  37. J. Musil, J. Vlcek, F. Regent, F. Kunc et al., Key Engineering Materials, 230–232: 613 (2002).
  38. T. Y. Tsui, G. M. Pharr, W. C. Oliver, C. S. Bhatia et al., Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 383: 447 (1995).
  39. S. Zhang, X. L. Bui, Y. Fu, D. L. Butler et al., Diamond and Related Materials, 13: 867 (2004).
  40. J. Musil, R. Daniel, P. Zeman, and O. Takai, Thin Solid Films, 478: 238 (2005). Crossref
  41. J. Musil, P. Dohnal, and P. Zeman, J. Vac. Sci. Technol. B, 23, No. 4: 1568 (2005).
  42. J. Musil, R. Daniel J. Soldan, and P. Zeman, Surf. Coat. Technol. (2005) (in press).
  43. H. Gleiter, Progress in Materials Science, 33: 223 (1989).
  44. S. Yip, Nature, 391: 532 (1998). Crossref
  45. J. Musil and J. Vlcek, Materials Chemistry and Physics, 54: 116 (1998).
  46. S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. A, 17: 2401 (1999).
  47. J. Musil, Surf. Coat. Technol., 125: 322 (2000).
  48. A. A. Voevodin and J. S. Zabinski, Thin Solid Films, 370: 223 (2000).
  49. V. V. Brazhkin, A. G. Lyapin et al., Philosophical Magazine A, 82, No. 2: 231 (2002),.
  50. J. Musil, J. Vlcek, F. Regent et al., Key Engineering Materials, 230–232: 613 (2002).
  51. J. Musil, Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 18, No. 3: 433 (2005).
  52. S. Zhang, D. Sun, Y. Fu, and H. Du, Surf. Coat. Technol., 198, No. 1–2: 2 (2005).
  53. J. Musil, Nanostructured Hard Coatings (New York: Kluwer Academic–Plenum Publishers: 2005).
  54. T. Y. Tsui, G. M. Pharr, W. C. Oliver et al., Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 383: 447 (1995).
  55. J. Musil, F. Kunc, H. Zeman, and H. Polakova, Surf. Coat. Technol., 154: 304 (2002).
  56. J. Musil and M. Jirout, Enhanced Toughness in Nanostructured Ceramic Thin Films, 5-th Asian–European International Conference on Plasma Surface Engineering (Sept. 12–16, 2005, Qingdao City, China).
  57. H. Zeman, J. Musil, and P. Zeman, J. Vac. Sci. Technol. A, 22, No. 3: 646 (2004).
  58. J. Musil, R. Daniel, P. Zeman, and O. Takai, Thin Solid Films, 478: 238 (2005).
  59. J. Musil, P. Dohnal, and P. Zeman, J. Vac. Sci. Technol. B, 23, No. 4: 1568 (2005).
  60. J. Musil, R. Daniel, J. Soldan, and P. Zeman, Surf. Coat. Technol. (2005) (in press).
  61. P. Zeman, J. Musil, and R. Daniel, Surf. Coat. Technol. (2005) (in press).
  62. С. Linder, A. Dommann, G. Staufert, and M.-A. Nicolet, Sens. Actuators A, 61: 387 (1997).
  63. Y. J. Lee, B. S. Suh, S. K. Rha, and С. О. Park, Thin Solid Films, 320: 141 (1998).
  64. J. W. Nan, S. K. Hwang, and С. M. Lee, Mater. Chem. Phys., 62: 115 (2000).
  65. J. W. Nan, W. S. Choi, S. K. Hwang, and С. M. Lee, Surf. Coat. Technol., 123: 1 (2000).
  66. J. O. Olowolafe, I. Rau, K. M. Unruh, С. P. Swann et al., Thin Solid Films, 365: 19 (2000).
  67. W.-D. Miinz, J. Vac. Sci. Technol. A, 4: 2717 (1986).
  68. L. A. Donohue, I. J. Smith, W.-D. Miinz, I. Petrov et al., Surf. Coat. Technol., 94–95: 226 (1997).
  69. I. Wadsworth, I. J. Smith, L. A. Donohue and W.-D. Miinz, Surf. Coat. Technol., 94–95: 315 (1997).
  70. S. Veprek, M. Haussmann, and S. Reiprich, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 400: 261 (1996).
  71. H. Holleck, J. Vac. Sci. Technol. A, 4: 2661 (1986).
  72. C. Berg, C. Friedrich, E. Broszeit, and C. Berger, Handbook of Ceramic Materials (Ed. R. Riedel) (Weinheim: Wiley-VCH: 2000), Table I, p. 968.
  73. D. G. Morris, Material Science Foundation. Vol. 2. Trans. Tech. Publication (Switzerland, Germany, UK, USA: LVD: 1998), p. 1.
  74. P. З. Валиев, И. В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией (Москва: Логос: 2000).
  75. Н. И. Носкова и А. Р. Мулюков, Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы (Екатеринбург: УрО РАН: 2003).
  76. S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. A, 17, No. 5: 2401 (1999).
  77. S. Christiansen, M. Albrecht, H. P. Strunk, and S. Veprek., J. Vac. Sci. Technol. В, 16, No. 1: 19 (1998).
  78. S. Veprek, M. Haussmann, and S. Reiprich, J. Vac. Sci. Technol. A, 14, No. 1: 46 (1996).
  79. S. Veprek and S. Reiprich, Thin Solid Films, 368: 64 (1995).
  80. S. Veprek, P. Nesladek, A. Niederhofer, F. Glatz et al., Surf. Coat. Technol., 108–109: 138 (1998).
  81. S. Veprek, S. Mukharjee, P. Karvankova et al., J. Vac. Sci. Technol. A, 21, No. 3: 532 (2003).
  82. J. Musil, Surf. Coat. Technol., 125: 322 (2000).
  83. P. Zeman, R. Cerstvy, P. H. Mayrhoter, С. Mutteres, and J. Musil, Mater. Sci. Engrs. A, 289: 189 (2000).
  84. J. Musil and H. Hruby, Thin Solid Films, 365: 104 (2000).
  85. J. Musil and H. Polakova, Surf. Coat. Technol., 127: 99 (2000).
  86. J. Musil, P. Zeman, H. Hruby, and P. H. Mayrhofer, Surf. Coat. Technol., 120–121: 179 (1999).
  87. J. Musil and J. Vlcek, Proc. of 1st Intern. Congress and Radiation Physics, High Current Electronics and Modification of Materials (Tomsk: 2000), vol. 3, p. 393.
  88. А. Д. Коротаев, А. Н. Тюменцев, Ю. П. Пинжин, С. В. Овчинников и др., Физика и химия обработки материалов, № 1: 22 (2004).
  89. A. D. Korotaev, A. N. Tyumentsev, and I. Yu. Litovchenko, The Physics of Metals and Metallography, 20, suppl. 1: 36 (2000).
  90. A. N. Tyumentsev, A. D. Korotaev, Yu. P. Pinzhin, N. N. Koval et al., Proc. of 1st Intern. Congress and Radiation Physics, High Current Electronics and Modification of Materials (Tomsk: 2000), vol. 3, p. 442.
  91. J. Musil, J. Vlcek, V. Jezek, M. Kolega et al., Surf. Coat. Technol., 76: 274 (1995).
  92. J. Musil, J. Matous, and V. Valvoda, Vacuum, 46: 203 (1995).
  93. R. Birringer, Mater. Sci. Eng. A, 117: 33 (1989).
  94. A. Nakayama, T. Yoshioka, and T. Nomura, Proceedings of the Seventh International Conference (Oct. 31–Nov. 2, 1993) (Institute of Materials: 1994), p. 315.
  95. S. Veprek, S. Reiprich, and L. Shizi, Appl. Phys. Lett., 66: 2640 (1995).
  96. P. Duwez and J. L. Taylor, Trans. ASM, 44: 495 (1952).
  97. Р. З. Валиев, И. В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией (Москва: Логос: 2000).
  98. Р. А. Андриевский, Успехи химии, 66, № 1: 57 (1997).
  99. А. И. Гусев, Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии (Москва: Физмалит: 2004).
  100. H. Glieter, Acta mater., 48: 1 (2000).
  101. H. Gleiter, Progress in Materials Sceince, 33: 223 (1989).
  102. V. G. Gryaznov and L. I. Trusov, Progress in Materials Science, 37: 289 (1993).
  103. Р. А. Андриевский, А. М. Глезер, Физ. мет. металловед., 88, вып. 1: 50 (2000).
  104. Р. А. Андриевский, А. М. Глезер, Физ. мет. металловед., 89, вып. 1: 91 (2001).
  105. М. А. Васильев, Г. И. Прокопенко, В. С. Филатова, Успехи физ. мет., 5: 345 (2004).
  106. С. В. Шевченко, Н. Н. Стеценко, Успехи физ. мет., 4: 219 (2004).
  107. Л. Н. Лариков, Металлофиз. новейшие технол., 17, № 9: 56 (1994).
  108. В. А. Поздняков, Физ. мет. металловед., 96, № 1: 114 (2003).
  109. Л. Н. Лариков, Металлофиз. новейшие технол., 19, № 1: 19 (1997).
  110. C. Gautier and J. Magnet, Thin Solid Films, 294: 43 (1997).
  111. В. М. Береснев, Восточно-Европейский журнал передовых технологий, № 1: 109 (2006).
  112. В. М. Шулаев, А. А. Андреев, Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета, вып. 33: 57 (2006).
  113. Ю. В. Кунченко, В. В. Кунченко, Г. Н. Картмазов, И. М. Неклюдов, Физическая инженерия поверхности, 2, № 1: 102 (2004).
  114. В. Н. Анциферов, С. П. Косогор, Металлы, № 6: 93 (1997).
  115. А. С. Верещака, А. А. Верещака, Л. Г. Дюбнер, Резание и инструмент в технологических системах, вып. 69: 21 (2004).
  116. Р. А. Андриевский, И. А. Анисимова, В. П. Анисимов, Физика и химия обработки материалов, № 2: 99 (1992).
  117. В. М. Мацевитый, Б. А. Полянин, М. С. Борушко, Л. М. Романова, Электронная обработка материалов, № 3: 29 (1983).
  118. В. М. Береснев, Физическая инженерия поверхности, 3, № 1–2: 79 (2004).
  119. С. В. Злоцкий, В. В. Чаевский, Материалы 6-й Междунар. конферен. «Взаимодействие излучений с твердым телом» (Минск: 2004), с. 170.
  120. O. Knoteck, M. Bohmer, and T. Leyendecker, J. Vac. Sci. Technol., 4, No. 6: 2695 (1986).
  121. И. М. Гончаренко, Ю. Ф. Иванов, Ю. А. Колубаева и др., Вакуумные нанотехнологии и оборудование, 1: 221 (2006).
  122. Ю. В. Кунченко, В. В. Кунченко, И. М. Неклюдов, Г. Кармазов и др., Вакуумные нанотехнологии и оборудование, 1: 226 (2006).
  123. В. П. Сергеев, М. В. Федорищева, А. В. Воронов, О. В. Сергеев и др., Известия Томского политехнического университета, 309, № 2: 149 (2006).
  124. J. L. He, Y. Sethuhara, I. Shimuzu, and S. Miyake, Surf. Coat. Technol., 137: 38 (2001).
  125. И. М. Гончаренко, Ю. Ф. Иванов, Ю. А. Колубаева, Физ. мет. металловед., 96, № 1: 100 (2003).
  126. В. М. Мацевитый, В.М. Береснев, И.Б. Казак, А.К. Олейник и др., Износостойкое покрытие (А.с. 1202284 СССР, МКИ С23 С14/00, № 37633724-21) (Опубл. 01 сент. 1984).
  127. А. Ф. Белянин, М. И. Самойлович, В. Д. Житковский, А. Л. Каменева, Технология и коструирование в электронной аппаратуре, № 4: 35 (2004).
  128. А. Ф. Белянин, В. А. Кривченко, Д. В. Лопаев, С. Н. Павлушкин и др., Технология и коструирование в электронной аппаратуре, № 6: 48 (2006).
  129. А. С. Бакай, В. Е. Стрельницкий, Структурные и физические свойства углеродных конденсатов (Москва: ЦНИИатоминформ.: 1984).
  130. В. Е. Стрельницкий, И. И. Аксенов, Пленки алмазоподобного углерода (Харьков: ННЦ «ХФТИ»: 2006).
  131. A. Matthews and D. Tither, Proc. of 5-th Internat. Cong. on Tribology (1989), vol. 2, p. 96.
  132. В. Е. Стрельницкий, И. И. Аксенов, В. В. Васильев, А. А. Воеводин и др., Физическая инженерия поверхности, 3, № 1–2: 43 (2004).
  133. В. К. Струц, В. М. Матвиенко, А. В. Петров, Н. М. Полковникова, Труды V Международ. конференц. «Радиционно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск: 2006), с. 89.
  134. S. H. Yao, Y. L. Su, W. H. Kao, and T. H. Liu, Materials Science and Engineering, 392, No. 1–2: 340 (2004).
  135. P. Eh. Hovsepian, D. V. Lewis, and W.-D. Munz, Surf. Coat. Technol., 133–134: 166 (2000).
  136. C. Ducros, V. Benevent, and F. Sanchette, Surf. Coat. Technol., 163–164: 681 (2003).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»