ОЦЕНКА ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ МНОГОСЛОЙНЫХ НАНОСТРУКТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ДИФФУЗИОННОЙ ПОДВИЖНОСТИ КОМПОНЕНТОВ СЛОЕВ

Проведена оценка термической стабильности многослойных наноструктурных покрытий путем анализа диффузионной подвижности компонентов слоев. Подробно изучена возможность повышения термической стабильности многослойных покрытий на основе взаиморастворимых слоев Ti–Al–N и Cr–N за счет введения в многослойную наноструктуру дополнительного барьерного слоя на основе Zr–N. Рассчитанные значения коэффициентов диффузии основных металлических элементов покрытия в соответствующие нитридные слои при нагреве в интервале температур 800–1000 °С свидетельствуют об отсутствии заметного диффузионного размытия границ слоев при наличии барьерного слоя на основе Zr–N. Так, при его введении их значения снижаются (при t = 1000 °С получено, см²/с: D_Cr/TiN = 5·10^–17, D_Cr/ZrN = 2·10^–18, D_Ti/Cr2N = 9·10^–18, D_Ti/ZrN = 3·10^–18). Физико-механические свойства покрытий не изменяются при их отжиге в вакууме при t < < 900 °С, при дальнейшем повышении температуры отжига свойства покрытий заметно снижаются, что обусловлено деградацией многослойной структуры покрытий в процессе их отжига.

1. Анциферов В.Н., Каменева А.Л., Пименова Н.В. Изучение структуры и формирования наноразмерных ионно-плазменных покрытий Ti—Zr—N, Ti—Al—N, Ti—Zr—O—N, Ti—Al—O—N и Ti—B—Si—N // Тон кие пленки в электронике: Матер. XIII Междунар. науч.-техн. конф. (г. Москва, 6—8 сент. 2007 г.). М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. С. 328—335.

2. Анциферов В.Н., Каменева А.Л. Структурообразование (наноструктурирование) пленок ионно-плазменными методами (обзор) // Тонкие пленки в электронике: Матер. XIV Междунар. науч.-техн. конф. (г. Москва, 11—13 сент. 2008 г.). М.: АО ЦНИТИ «Техномаш», 2008. С. 448—453.

3. Анциферов В.Н., Косогор С.П. Исследование фазового состава и структуры многослойных нанокристаллических покрытий на основе карбидов и нитридов титана // Металлы. 1997. No. 6. С. 93—96.

4. Анциферов В.Н., Каменева А.Л. Экспериментальное исследование строения многокомпонентных нано-структурных покрытий на основе Ti—Zr—N, сформированных ионно-плазменными методами // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2007. No. 1. С. 53—61.

5. Анциферов В.Н., Каменева А.Л. Способ получения покрытия на основе сложных нитридов: Пат. 2429311 (РФ). 2011.

6. Анциферов В.Н., Каменева А.Л., Клочков А.Ю., Новиков Р.С. Способ получения износостойкого покрытия: Пат. 2361013 (РФ). 2009.

7. Nordin M., Larsson M., Hogmark S. Mechanical and tribological properties of multilayered PVD TiN/ CrN // Wear. 1999. Vol. 232. No. 2. P. 221—225. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0043164899001490.

8. Yaomin Zhou, Reo Asaki, We-Hyo Soe, Ryoichi Yamamo-to, Rong Chen, Akira Iwabuchi. Hardness anomaly, plastic deformation work and fretting wear properties of polycrystalline TiN/CrN multilayers // Wear. 1999. Vol. 236. P. 159—164. http://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S0043164899002720.

9. Zhang Z.G., Rapaud O., Allain N., Mercs D., Baraket M., Dong C., Coddet C. Microstructures and tribological properties of CrN/ZrN nanoscale multilayer coatings // Appl. Surf. Sci. 2009. Vol. 255. P. 4020—4026. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0169433208022423.

10. Холлек Х. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов / Пер. с нем. под ред. Ю.В. Левинского. М.: Металлургия, 1988.

11. Barshilia C. Harish, Jain Anjana, Rajam K.S. Structure, hardness and thermal stability of nanolayered TiN/CrN multilayer coatings // Vacuum. 2004. Vol. 72. P. 241— 248. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0042207X03001477.

12. Kieffer R., Ettmayer P. Recent advances in the knowledge and applications of transition metal nitrides // High Temp. — High Pressures. 1974. Vol. 6. P. 253—260.

13. Zeng X.T., Zhang S., Sun C.Q., Liu Y.C. Nanometric-layered CrN/TiN thin films mechanical strength and thermal stability // Thin Solid Films. 2003. Vol. 424. P. 99—102. http://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/S0040609002009215.

14. Blinkov I.V., Volkhonskii A.O., Kuznetsov D.V., Skryleva E.A. Investigation of structure and phase formation in multilayer coatings and their thermal stability //

15. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 586. P. S381—S386. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0925838812021731.

16. Shelekhov E.V., Sviridova T.A. Programs for X-ray analysis of polycrystals // Met. Sci. Heat Treat. 2000. Vol. 42. P. 309—313. http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02471306.

17. Hui-Wen Chang, Ping-Kang Huang, Jien-Wei Yeh, And-rew Davison, Chun-Huai Tsau, Chih-Chao Yang. Influence of substrate bias, deposition temperature and post-deposition annealing on the structure and properties of multi-principal-component (AlCrMoSiTi)N coatings // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 202. P. 3360—3366. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0257897207012650.

18. Biwer B.M., Bernasek S.L. Electron spectroscopic study of the iron surface and its interaction with oxygen and nitrogen // J. Electron Spectrosc. Relat. Phemon. 1986. Vol. 40. P. 339—351. http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/0368204886800445.

19. Takano I., Isobe S., Sasaki T.A., Baba Y. Nitrogenation of various transition metals by N+2-ion implantation // Appl. Surf. Sci. 1989. Vol. 37. P. 25—32. http://www.sciencedirect. com/science/article/pii/0169433289909707.

20. Nishimura O., Yabe K., Iwaki M. X-ray photoelectron spectroscopy studies of high-dose nitrogen ion implanted-chromium: a possibility of a standard material for chemical state analysis // J. Electron Spectrosc. Relat. Phemon. 1989. Vol. 49. P. 335—342. http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/0368204889850212.