Влияние термического отжига на структуру дефектов и свойства наностуктурного покрытия Ti-Si-N, полученного катодным вакуумно-дуговым осаждением

Abstract

Представлены оригинальные результаты, полученные с помощью методов медленного пучка позитронов, рентгеновского микроанализа, РОР, РЭМ с ЭДС, АСМ, а также измерения нанотвердости, модуля упругости наноструктурных покрытий из Ti-Si-N, осажденных катодным вакуумно-дуговым испарителем, до и после отжига при температуре 600 °С (в течение 30 мин). Обнаружено образование твердого раствора (Ti, Si)N, в котором формируется напряженно-деформированное состояние (деформация сжатия − 2,6 %), а в результате термического отжига деформация уменьшается незначительно − до величины 2,3 %. В покрытии Ti-Si-N, как показали измерения S-параметра (ДУАП), за счет термодиффузии на интерфейсах сегрегируют дефекты, образуя кластеры вакансионных дефектов с высокой концентрацией − от 5·10¹⁶ до 7,5·10¹⁷ см⁻³.

Представлено оригінальні результати, які отримані за допомогою методів повільного пучка позитронів, рентгенівського мікроаналізу, РЗР, РЕМ з ЕДС, АСМ, а також вимірювання нанотвердості, модуля пружності при дослідженні наноструктурних покриттів з Ti-Si-N, осаджених катодним вакуумно-дуговим випаровуванням до і після відпалу при температурі 600 °С (на протязі 30 хв). Виявлено утворення твердого розчину (Ti, Si) N, в якому формується напружено-деформований стан (деформація стиску − 2,6 %), а в результаті термічного відпалу деформація зменшується незначно − до 2,3 %. У покритті Ti-Si-N, як показали вимірювання S-параметра (ДУАП), за рахунок термодифузії на інтерфейсах сегрегують дефекти, утворюючи кластери вакансій їх дефектів з високою концентрацією − від 5·10¹⁶ до 7,5·10¹⁷ см⁻³.

Original results of investigations of Ti-Si-N nanostructured coatings deposited by cathodic vacuum arc evaporation are presented in this work. Investigations are provided by the supplementing each other methods: slow positron beam, XRD, SEM with EDS, RBS, AFM, as well as measurement of nanohardness and elastic modulus before and after annealing at 600 °C (for 30 min). It was found that after deposition the solid solution (Ti, Si) N is formed in coatings. In this solid solution the stress-strain state (compressive strain – 2,6 %) is occurring. As a result of thermal annealing the deformation slightly decreases to – 2,3 %. Measurements provided by method of Positron annihilation spectroscopy (PAS) show that at the interfaces of coatings the segregated defects are occurring as a result of thermal diffusion process. These defects form clusters of vacancy-type defects of a high concentration – from 5·10¹⁶ sm⁻³ до 7,5·10¹⁷ sm⁻³