Структура та фізико-механічні властивості багатокомпонентних та багатошарових наноструктурних покриттів

Abstract

Дисертація присвячена встановленню загальних закономірностей і механізмів формування багатоелементних (NbN, NbSiN, NbAlN, (TiZrAlYNb)N, (TiZrHfVNb)N і (TiZrHfVNbTa)N) і багатошарових ([TiN/MoN]n/П, [TiN/ZrN]n/П, [MoN/CrN]n/П і [TiN/SiC]n/П) наноструктурних покриттів, визначенню впливу енергетичних і термодинамічних параметрів осадження покриттів на їх структурно-фазовий стан і фізико-механічні властивості. Отримані результати комплексних досліджень доповнюють і розширюють сучасні уявлення про фізичні основи формування структури, мікроструктури, фізико-механічних та трибологічних властивостей багатоелементних і багатошарових наноструктурних покриттів на основі нітридів тугоплавких і перехідних металів, осаджених вакуумно-дуговим випаровуванням або магнетронним розпорошенням. Передусім це стосується впливу параметрів осадження, таких як тиск реактивної азотної атмосфери, потенціал зміщення, що подавався на підкладинки, температура підкладинок, товщини бішарів багатошарових покриттів. Одержані експериментальні дані, доповнені результатами розрахунків на основі першопринципної молекулярної динаміки, сприяють подальшому розвитку теоретичних уявлень про формування багатоелементних та багатошарових нітридних покриттів з керованими властивостями. Дослідження впливу термічного відпалювання та іонної імплантації високими дозами іонів на структурно-фазовий стан та фізико-механічні властивості покриттів дозволяють глибше розуміти фізичні процеси, що відбуваються у покриттях внаслідок дії згаданих процесів.

Диссертация посвящена определению общих закономерностей и механизмов формирования многоэлементных (NbN, NbSiN, NbAlN, (TiZrAlYNb)N, (TiZrHfVNb)N и (TiZrHfVNbTa)N) и многослойных ([TiN/MoN]n/П, [TiN/ZrN]n/П, [MoN/CrN]n/П и [TiN/SiC]n/П) наноструктурных покрытий, выявлению влияния энергетических и термодинамических параметров осаждения покрытий на их структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства. Полученные результаты комплексных исследований дополняют и расширяют современные представления о физических основах формирования структуры, микроструктуры, физико-механических и трибологических свойств многоэлементных и многослойных покрытий на основе нитридов тугоплавких и переходных металлов, осажденных вакуумно-дуговым испарением или магнетронным распылением. Прежде всего, это касается влияния параметров осаждения, таких как давление реактивной азотной атмосферы, потенциал смещения, подававшийся на подложки, температура подложек, толщина бислоев многослойных покрытий. Полученные экспериментальные данные, дополненные результатами расчетов на основе первопринципной молекулярной динамики, способствуют дальнейшему развитию теоретических представлений о формировании многоэлементных и многослойных нитридных покрытий с контролируемыми свойствами. Исследование влияния термического отжига и ионной имплантации высокими дозами ионов на структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства покрытий позволяют более глубоко понимать физические процессы, происходящие в покрытия в результате действия упомянутых процессов.

The dissertation is devoted to the establishment of general laws and mechanisms of formation of multielement (NbN, NbSiN, NbAlN, (TiZrAlYNb)N, (TiZrHfVNb)N and (TiZrHfVNbTa)N) and multilayer ([TiN/MoN]n/Sub, [TiN/ZrN]n/Sub, [MoN/CrN]n/Sub and [TiN/SiC]n/Sub) nanostructured coatings, determination of the influence of energy and thermodynamic deposition parameters on their structural-phase state and physical-mechanical properties. The obtained results of complex studies supply and extend the modern ideas about the physical foundations of the formation of the structure, microstructure, physical-mechanical and tribological properties of multi-element and multilayer nanostructured coatings based on nitrides of refractory and transition metals deposited by vacuum-arc evaporation or magnetron sputtering. Most of all, it concerns the influence of deposition parameters, such as reactive nitrogen atmosphere pressure, bias potential, substrate temperature, bilayer thickness. The obtained experimental data, supplemented by the results of the principle-principles molecular dynamics calculations, contribute to the further development of theoretical ideas about the formation of multielement and multilayer nitride coatings with controlled properties. Investigation of the influence of thermal annealing and high dose ion implantation on the structure-phase state and physical-mechanical properties of the coatings allow deeper understanding of the physical processes occurring in the coatings due to the action of the mentioned processes.