Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа

Abstract

Исследован процесс эрозии TiN покрытий, полученных вакуумно-дуговым методом с использованием разных технологических приемов: при подаче высоковольтных импульсов отрицательной полярности на подложку и без таковых, при различных давлениях рабочего газа (азота). Для сравнения измерены также эрозионные характеристики нержавеющей стали (SS). Скорости эрозии измерялись методом взвешивания на аналитических весах до и после плазменной обработки в атмосфере азота и воздуха при температурах 500 – 1000 °С. Показано, что абсолютные величины коэффициентов распыления для обоих видов TiN-покрытий примерно в два-три раза ниже, чем для нержавеющей стали и слабо зависят от температуры. Скорость эрозии TiN-покрытий, осажденных при более низких давлениях (~2⋅10⁻³ Торр) существенно ниже, чем для покрытий напыленных при более высоких давлениях азота (5⋅10⁻³ Торр). Показано, что абсолютные величины скорости эрозии (распыления) в воздушной плазме образцов TiN и SS более чем в два раза ниже значений эрозии для образцов, подвергнутых обработке азотной плазмой. В тоже время скорости газовыделения примесей в вакууме для таких образцов возрастали примерно в два раза. Обсуждаются возможные физические механизмы для объяснения такого характера поведения эрозии и газовыделения в вакууме.

Досліджено процес ерозії TіN покриттів, отриманих вакуумно-дуговим методом з використанням різних технологічних прийомів: при подачі високовольтних імпульсів негативної полярності на підкладинку та без таких, при різних тисках робочого газу (азоту). Для порівняння віміряні також ерозійні характеристики нержавіючої сталі (SS). Швидкості ерозії вимірялися методом зважування на аналітичних вагах до та після плазмової обробки в атмосфері азоту й повітря при температурах 500 – 1000 °С. Показано, що абсолютні величини коефіцієнтів розпилення для обох видів TiN-покриттів приблизно у два-три рази нижче, ніж для нержавіючої сталі та слабко залежать від температури. Швидкість ерозії TiN-покриттів, осаджених при більш низьких тисках (~2⋅10⁻³ Торр) істотно нижчі, ніж для покриттів напилених при більш високих тисках азоту (5⋅10⁻³ Торр). Показано, що абсолютні величини швидкості ерозії (розпилення) у повітряній плазмі зразків TіN і SS більш ніж у два рази нижчі значень ерозії для зразків, підданих обробці азотною плазмою. У той же час швидкості газовиділення домішок у вакуумі для таких зразків зростали приблизно у два рази. Обговорюються можливі фізичні механізми для пояснення такого характеру поводження ерозії й газовиділення у вакуумі.

The process was studied of an erosion of titanium nitride coatings deposited with help of vacuumarc method using different technological ways: with high voltage negative pulses on substrate and without of the ones, at different pressure of work gas (nitrogen). For comparison the stainless steel erosion characteristics were measured, too. The erosion rates were measured with weight loss method by the weighting before and after exposure in plasma of discharges in nitrogen or air atmosphere at the temperatures of 500 – 1000 °C. It was shown that the absolute values of erosion rates of all kinds of the samples were in about 2 – 3 times lower than that for SS samples and weakly depends on the temperature. The erosion rate of TiN coatings deposited at low work gas pressure (2⋅10⁻³ Torr) was essentially lower than that for samples produced at more high pressure (5⋅10⁻³ Torr). It was shown that the absolute values of erosion rate of the samples (both TiN and SS) exposed in air plasmas were in about two times lower than that for the ones exposed to nitrogen plasmas. At the same time the impurity outgassing in vacuum from such samples increased in about two times in compare with the samples treated with nitrogen plasma. The possible physical mechanisms are discussed to explain such character of the erosion and outgassing behavior.