Выпуски УФМ »  Том 19, выпуск 1

Особенности исследований многослойных нитридных покрытий на основе Cr и Zr

О. В. Максакова$^{1}$, А. Д. Погребняк$^{1}$, В. М. Береснев$^{2}$

$^1$Сумский государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40007 Сумы, Украина
$^2$Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, 61022 Харьков, Украина

Получена: 28.11.2017; окончательный вариант - 26.03.2018. Скачать: PDF

В кратком обзоре литературных данных обобщены результаты исследований структуры и свойств наномасштабных многослойных покрытий нитридов тугоплавких металлов на основе Zr и Cr, полученных методами вакуумно-дугового осаждения катода. Проведён сравнительный анализ микроструктуры и свойств композиционных покрытий ZrN/CrN в зависимости от условий осаждения (постоянного или импульсного отрицательного потенциала подложки, импульсного высоковольтного потенциала смещения, парциального давления, скорости потока рабочего газа) и периода модуляции многослойной структуры. Выявлены общие закономерности, состоящие в наличии столбчатой структуры и текстуры роста. Показано, что для исследуемых покрытий имеет место преимущественная ориентация (111). Установлены условия получения улучшенных физико-механических и трибологических характеристик покрытий.

Ключевые слова: многослойные покрытия, структура, твердость, коррозионная стойкость, износ.

PACS: 62.20.Qp, 62.25.-g, 68.55.-a, 68.65.Ac, 81.65.Kn

Citation: O. V. Maksakova, O. D. Pogrebnjak, and V. M. Beresnev, Features of Investigations of Multilayer Nitride Coatings Based on Cr and Zr, Usp. Fiz. Met., 19, No. 1: 25—48 (2018), doi: 10.15407/ufm.19.01.025

Цитированная литература (85)  
  1. R. K. Upadhyay and L. A. Kumaraswamidhas, Surf. Eng., 31, No. 2: 123 (2015). Crossref
  2. J. N. Ding, Y. G. Meng, and S. Z. Wen, Thin Solid Films, 371, No. 1–2: 178 (2000). Crossref
  3. J. Musil, Ceram. Eng. Sci. Proc., 34, No. 3: 55 (2014).
  4. V. M. Beresnev, O. V. Sobol’, A. D. Pogrebnjak, S. S. Grankin, V. A. Stolbovoi, P. V. Turbin, A. A. Meilekhov, and M. Y. Arseenko, Tech. Phys. Lett., 42, No. 5: 532 (2016). Crossref
  5. G. Abadias, V. V. Uglov, I. A. Saladukhin, S. V. Zlotski, G. Tolmachova, S. N. Dub, and A. J. van Vuuren, Surf. Coatings Technol., 308: 158 (2016). Crossref
  6. A. Pogrebnjak, V. Ivashchenko, O. Bondar, V. Beresnev, O. Sobol, K. Załęski, E. Coy, S. Jurga, P. Konarski, and B. Postolnyi, Mater. Charact., 134: 55 (2017). Crossref
  7. V. M. Beresnev, S. A. Klimenko, O. V. Sobol’, S. V. Litovchenko, A. D. Pogrebnjak, P. A. Srebnyuk, D. A. Kolesnikov, A. A. Meilekhov, A. A. Postel’nik, and U. S. Nemchenko, J. Superhard Mater., 39: 172 (2017). Crossref
  8. B. O. Postolnyi, V. M. Beresnev, G. Abadias, O. V. Bondar, L. Rebouta, J. P. Araujo, and A. D. Pogrebnjak, J. Alloys and Compounds, 725: 1188 (2017). Crossref
  9. B. A. Latella, B. K. Gan, K. E. Davies, D. R. McKenzie, and D. G. McCulloch, Surf. Coatings Technol., 200: 3605 (2006). Crossref
  10. H. C. Barshilia and K. S. Rajam, Bull. Mater. Sci., 26: 233 (2003). Crossref
  11. A. D. Pogrebnjak, D. Eyidi, G. Abadias, O. V. Bondar, V. M. Beresnev, and O. V. Sobol, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 48: 222 (2015). Crossref
  12. A. L. Kameneva, N. I. Sushenshcov, and A. Klochkov, Tekhnologiya Metallov, No. 11: 38 (2010) (in Russian).
  13. A. D. Pogrebnjak, A. P. Shpak, V. M. Beresnev, D. A. Kolesnikov, Y. A. Kunitskii, O. V. Sobol, V. V. Uglov, F. F. Komarov, A. P. Shypylenko, N. A. Makhmudov, A. A. Demyanenko, V. S. Baidak, and V. V. Grudnitskii, J. Nanosci. Nanotechnol., 12, No. 12: 9213 (2012). Crossref
  14. Z. T. Wu, Z. B. Qi, D. F. Zhang, and Z. C. Wang, Mater. Lett., 164: 120 (2016). Crossref
  15. K. A. Gruss, T. Zheleva, R. F. Davis, and T. R. Watkins, Surf. Coatings Technol., 107, No. 2–3: 115 (1998). Crossref
  16. E. Atar, H. Cimenoglu, and E. S. Kayali, Key Eng. Mater., 280–283: 1459 (2005). Crossref
  17. J. Musil, S. Zenkin, Kos, R. Čerstvý, and S. Haviar, Vacuum, 131: 34 (2016). Crossref
  18. A. Lousa, J. Romero, E. Martínez, J. Esteve, F. Montala, and L. Carreras, Surf. Coatings Technol., 146–147: 268 (2001). Crossref
  19. Z. G. Zhang, O. Rapaud, N. Bonasso, D. Mercs, C. Dong, and C. Coddet, Vacuum, 82: 501 (2008). Crossref
  20. P. Wiecinski, J. Smolik, H. Garbacz, and K. J. Kurzydłowski, Solid State Phenom., 237: 47 (2015). Crossref
  21. A. Dasgupta, P. A. Premkumar, F. Lawrence, L. Houben, P. Kuppusami, M. Luysberg, K. S. Nagaraja, and V. S. Raghunathan, Surf. Coatings Technol., 201, No. 3–4: 1401 (2006). Crossref
  22. D. B. Lee, M. H. Kim, Y. C. Lee, and S. C. Kwon, Surf. Coatings Technol., 141, No. 2–3: 227 (2001). Crossref
  23. J. L. Mo and M. H. Zhu, Appl. Surf. Sci., 255, No. 17: 7627 (2009). Crossref
  24. R.-I. Murakami, Y.-H. Kim, K. Kimura, D. Yonekura, and D.-H. Shin, JSME Int. Journal, Ser. A: Solid Mech. Mater. Eng., 49, No. 1: 123 (2006). Crossref
  25. J. Jagielski, A. S. Khanna, J. Kucinski, D. S. Mishra, P. Racolta, P. Sioshansi, E. Tobin, J. Thereska, V. Uglov, T. Vilaithong, J. Viviente, S. Z. Yang, and A. Zalar, Appl. Surf. Sci., 156, No. 1: 47 (2000). Crossref
  26. J. Park, P. Kusumah, Y. Kim, K. Kim, K. Kwon, and C. K. Lee, Electrochemistry, 82, No. 8: 658 (2014). Crossref
  27. I. Milošev, H.-H. Strehblow, and B. Navinšek, Thin Solid Films, 303, No. 1–2: 246 (1997). Crossref
  28. Z. G. Zhang, O. Rapaud, N. Bonasso, D. Mercs, C. Dong, and C. Coddet, Vacuum, 82, No. 11: 1332 (2008). Crossref
  29. O. V. Sobol, A. A. Andreev, V. F. Gorban, V. A. Stolbovoy, A. A. Meylekhov, A. A. Postelnyk, and A. V. Dolomanov, Problems of Atomic Science and Technology (PAST), 101, No. 1: 134 (2016).
  30. O. V. Sobol, A. A. Andreev, V. F. Gorban, A. A. Meylekhov, H. O. Postelnyk, and V.A. Stolbovoy, J. Nano- Electron. Phys., 8, No. 1: 01042 (2016). Crossref
  31. O. V. Sobol’, A. A. Andreev, V. F. Gorban’, V. A. Stolbovoy, A. A. Meylekhov, and A. A. Postel’nik, Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki, 86, No. 7: 100 (2016) (in Russian).
  32. S. F. Chen, Y. C. Kuo, C. J. Wang, S. H. Huang, J. W. Lee, Y. C. Chan, H. W. Chen, J. G. Duh, and T. E. Hsieh, Surf. Coatings Technol., 231: 247 (2013). Crossref
  33. S.-H. Huang, S.-F. Chen, Y.-C. Kuo, C.-J. Wang, J.-W. Lee, Y.-C. Chan, H.-W. Chen, J.-G. Duh, and T.-E. Hsieh, Surf. Coatings Technol., 206, No. 7: 1744 (2011). Crossref
  34. Z. G. Zhang, O. Rapaud, N. Allain, D. Mercs, M. Baraket, C. Dong, and C. Coddet, Appl. Surf. Sci., 255, No. 7: 4020 (2009). Crossref
  35. N. A. de Sánchez, H. E. Jaramillo, Z. Vivas, W. Aperador, C. Amaya, and J. C. Caicedo, Adv. Mat. Res., 38: 63 (2008). Crossref
  36. M.-K. Kim, G.-S. Kim, and S.-Y. Lee, Met. Mater. Int., 14, No. 4: 465 (2008). Crossref
  37. J. J. Zhang, M. X. Wang, J. Yang, Q. X. Liu, and D. J. Li, Surf. Coatings Technol., 201, No. 9–11: 5186 (2007). Crossref
  38. D. J. Li, F. Liu, M. X. Wang, J. J. Zhang, and Q. X. Liu, Thin Solid Films, 506–507: 202 (2006). Crossref
  39. M. X. Wang, J. J. Zhang, Q. X. Liu, and D. J. Li, Surf. Rev. Lett., 13, No. 2–3: 173 (2006). Crossref
  40. F. Liu, M. X. Wang, Q. X. Liu, and D. J. Li, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 14: 243 (2004).
  41. A. D. Pogrebnyak, A. P. Shpak, N. A. Azarenkov, and V. M. Beresnev, Physics-Uspekhi, 52, No. 1: 29 (2009). Crossref
  42. S. Veprek, M. G. J. Veprek-Heijman, P. Karvankova, and J. Prochazka, Thin Solid Films, 476, No. 1: 1 (2005). Crossref
  43. A. J. Cavaleiro, A. S. Ramos, R. M. S. Martins, F. M. Braz Fernandes, and M. T. Vieira, Vacuum, 139: 23–25 (2017). Crossref
  44. G. S. Kim, B. S. Kim, S. Y. Lee, and J. H. Hahn, Surf. Coatings Technol., 200, No. 5–6: 1669 (2005). Crossref
  45. M. Ohring, The Materials Science of Thin Films (Elsevier Inc.: 2013), p. 704. Crossref
  46. A. Pogrebnjak, V. Rogoz, V. Ivashchenko, O. Bondar, V. Shevchenko, S. Jurga, and E. Coy, J. Alloys and Compounds, 718: 260 (2017). Crossref
  47. J. Deng, F. Wu, Y. Lian, Y. Xing, and S. Li, Int. J. Refractory Metals and Hard Materials, 35: 10 (2012). Crossref
  48. A. D. Pogrebnyak, A. G. Ponomarev, A. P. Shpak, and Yu. A. Kunitskii, Physics-Uspekhi, 55, No. 1: 29 (2012). Crossref
  49. A. D. Pogrebnjak, I. V. Yakushchenko, O. V. Bondar, V. M. Beresnev, K. Oyoshi, O. M. Ivasishin, H. Amekura, Y. Takeda, M. Opielak, and C. Kozak, J. Alloys and Compounds, 679: 155 (2016). Crossref
  50. A. D. Pogrebnjak, A. A. Bagdasaryan, V. M. Beresnev, U. S. Nyemchenko, V. I. Ivashchenko, Y. O. Kravchenko, Z. H. K. Shaimardanov, S. V. Plotnikov, and O. Maksakova, Ceram. Int., 43, No. 1: 771 (2017). Crossref
  51. A. D. Pogrebnjak, O. M. Ivasishin, and V. M. Beresnev, Uspehi Fiziki Metallov, 17: 1 (2016). Crossref
  52. P. H. Mayrhofer, R. Rachbauer, D. Holec, F. Rovere, and J. M. Schneider, Protective Transition Metal Nitride Coatings in Comprehensive Materials Processing (Elsevier Ltd: 2014), p. 355. Crossref
  53. A. Rizzo, M. A. Signore, M. Penza, M. A. Tagliente, F. De Riccardis, and E. Serra, Thin Solid Films, 515, No. 2: 500 (2006). Crossref
  54. V. N. Zhitomirsky, I. Grimberg, L. Rapoport, R. L. Boxman, N. A. Travitzky, S. Goldsmith, and B. Z. Weiss, Surf. Coatings Technol., 133–134: 114 (2000). Crossref
  55. A. G. Gyglya, I. M. Neklyudov, Uspehi Fiziki Metallov, 6, No. 3: 197 (2005) (in Russian). Crossref
  56. S. T. Oyama, The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides, (Springer Netherlands: 1996), p. 1. Crossref
  57. G. Bertrand, H. Mahdjoub, and C. Meunier, Surf. Coatings Technol., 126, No. 2–3: 199 (2000). Crossref
  58. F. Noli, P. Misaelides, A. Hatzidimitriou, E. Pavlidou, and A. D. Pogrebnjak, Appl. Surf. Sci., 252, No. 23: 8043 (2006). Crossref
  59. S. M. Musameh and S. W. Jodeh, J. Act. Passiv. Electron. Devices, 2: 93 (2007).
  60. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, and S. M. Bokoch, Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 28, No. 12: 1699 (2006); arXiv:1406.0147.
  61. T. M. Radchenko and V. A. Tatarenko, Defect and Diffusion Forum, 273: 525 (2008). Crossref
  62. T. M. Radchenko and V. A. Tatarenko, Physica E, 42, No. 8: 2047 (2010). Crossref
  63. T. M. Radchenko and V. A. Tatarenko, Solid State Sciences, 12, No. 2: 204 (2010). Crossref
  64. T. D. Shen, C. C. Koch, T. Y. Tsui, and G. M. Pharr, J. Mater. Res., 10, No. 11: 2892 (1995). Crossref
  65. S.-W. Yoon, J.-H. Seo, K.-H. Chae, J.-K. Park, J.-H. Song, V. Jayaram, K.-B. Lee, T.-Y. Seong, and J.-P. Ahn, J. Nanosci. Nanotechnol., 12, No. 2: 1476 (2012). Crossref
  66. L. Shan, Y. Wang, J. Li, X. Jiang, and J. Chen, Tribol. Int., 82: 78 (2015).
  67. A. D. Pogrebnjak, A. A. Bagdasaryan, A. Pshyk, and K. Dyadyura, Physics-Uspekhi, 60: 586 (2017). Crossref
  68. U. Helmersson, S. Todorova, S. A. Barnett, and J. E. Sundgren, J. Appl. Phys., 62, No. 2: 481(1987). Crossref
  69. V. M. Beresnev, O. V. Bondar, B. O. Postol’nyi, M. A. Lisovenko, G. Abadias., P. Chartier, D. A. Kolesnikov, V. N. Borisyuk, B. A. Mukushev, B. R. Zhollybekov, and A. A. Andreev, J. Frict. Wear, 35, No. 5: 374 (2014). Crossref
  70. A. D. Pogrebnjak, O. V. Bondar, G. Abadias, V. Ivashchenko, O. V. Sobol, S. Jurga, and E. Coy, Ceram. Int., 42: 11743 (2016). Crossref
  71. J. S. Koehler, Phys. Rev. B, 2, No. 2: 547 (1970). Crossref
  72. M. Kato, T. Mori, and L. H. Schwartz, Acta Metall., 28, No. 3: 285 (1980). Crossref
  73. R. F. Zhang and S. Veprek, Mater. Sci. Eng. A, 424, No. 1–2: 128 (2006). Crossref
  74. P. Hones, N. Martin, M. Regula, and F. Levy, J. Phys. D: Appl. Phys., 36, No. 8: 1023 (2003). Crossref
  75. J. Musil, Surf. Coatings Technol., 207: 50 (2012). Crossref
  76. J. Musil, Surf. Coatings Technol., 125, No. 1–3: 322 (2000). Crossref
  77. M. Stern, A.L. Geary, J. Electrochem. Soc., 104: 56 (1957). Crossref
  78. Z. Ahmad, Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control, (Elsevier Ltd: 2006). Crossref
  79. M. Zhao, Y. Feng, L. Jiao, H. T. Yuan, X. Zhou, and M. B. Jang, Int. J. Hydrogen Energy, 32, No. 16: 3915 (2007). Crossref
  80. S. Song and P. Xiao, Mater. Sci. Eng.: B, 94, No. 1: 40 (2002). Crossref
  81. J. A. Sue and T. P. Chang, Surf. Coatings Technol., 76–77: 61 (1995). Crossref
  82. M. Stueber, H. Holleck, H. Leiste, K. Seemann, S. Ulrich, and C. Ziebert, J. Alloys and Compounds, 483, No. 1–2: 321 (2009). Crossref
  83. A. Rizzo, M. A. Signore, D. Valerini, D. Altamura, A. Cappello, and L. Tapfer, Surf. Coatings Technol., 206, No. 10: 2711 (2012). Crossref
  84. I. V. Blinkov, A. O. Volkhonskiy, V. N. Anikin, M. I. Petrzhik, D. E. Derevtsova, Physics and Chemistry of Materials Treatment, No. 4: 37 (2010).
  85. М. Uchida, N. Nihira, A. Mitsuo, K. Toyoda, K. Kubota, and T. Aizawa, Surf. Coatings Technol., 177–178: 627 (2004). Crossref

Лицензия Creative Commons
Эта статья доступна по Лицензии Creative Commons “Attribution-NoDerivatives” («атрибуция — без производных статей») 4.0 Всемирная
© 2000–2020 «Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины»