Вакуумно-дуговое осаждение наноструктурных Ti-Si-N покрытий из многокомпонентной плазмы

Abstract

Представлены результаты экспериментов по синтезу Ti-Si-N покрытий при их осаждении из многокомпонентной плазмы вакуумно-дугового разряда на подложки из нержавеющей стали и медной фольги. Полученные наноструктурные Ti-Si-N покрытия являются метастабильными пересыщенными твердыми растворами кремния в кубической фазе нитрида титана. Вакуумнодуговому испарению подвергались спеченные порошковые TiSi катоды. Материал двухфазного катода состоял из твердого раствора замещения кремния в титане α-Ti(Si) и силицида титана Ti5Si3. Обнаружено, что концентрация кремния в синтезируемых Ti-Si-N покрытиях и эмитируемых макрочастицах значительно ниже содержания кремния в TiSi катодах. Этот эффект связан с неоднородной эрозией катодным пятном вакуумной дуги материала катода. Интенсивная генерация плазменных струй и эмиссия макрочастиц происходят преимущественно на зернах α-Ti(Si) фазы.

Представлені результати експериментів із синтезу Ti-Si-N покриттів при їх осадженні з багатокомпонентної плазми вакуумно-дугового розряду на підкладинку з нержавіючої сталі й мідної фольги. Отримані наноструктурні Tі-Sі-N покриття є метастабільними пересиченими твердими розчинами кремнію в кубічній фазі нітриду титану. Вакуумно-дуговому випаруванню піддавалися спечені порошкові TіSі катоди. Матеріал двох-фазового катода складався із твердого розчину заміщення кремнію в титані α-Tі(Sі) і силіциду титану Tі5Sі3. Виявлено, що концентрація крем-нію в синтезованих Ті-Sі-N покриттях і емітованих макрочастинках значно нижче змісту кремнію в TіSі катодах. Цей ефект пов’язаний з неоднорідною ерозією катодної плями вакуумної дуги матеріалу катода. Інтенсивна генерація плазмових струменів і емісія макрочасток відбуваються головним чином на зернах α-Tі(Sі) фази.

Presented are results of experiments on synthesis Ti-Si-N coatings deposited from multi-component vacuum-arc plasma at substrates of stainless steel and copper foils. Obtained nano-structure Ti-Si-N films are meta-stable oversaturated solution of silicon within cubic phase of titanium nitride. The sintered powder TiSi cathodes were subjected to vacuum-arc evaporation. Two-phase cathode was consisted of Si substitution solution within titanium α-Ti(Si) and titanium silicide Ti5Si3. It has been found that silicon concentration within synthesized Ti-Si-N coatings and emitted macro-particles is significantly less than silicon concentration in TiSi cathodes. This effect is due to non-uniform erosion of cathode material with cathode spot of vacuum arc. The intensive generation of plasma streams and macro-particles emission occurs presumably on the α-Ti(Si) – phase grains.