Composition compound of Cr-N coating deposited on an aluminum preliminary irradiated with nitrogen ions

Abstract

Ion-beam assisted technology was used for deposition of Cr-N coating on aluminum under simultaneous irradiation with 30 keV nitrogen ions at temperatures 200 and 300°C. Distribution of metal components in the coating and in the coating-substrate mixing zone was studied as regards process temperature and the degree of pretreatment of aluminum surface with nitrogen ions to doses of 1,7.10¹⁷ and 3,4.10¹⁷ ions/cm² . The results obtained with the use of secondary ion mass spectrometry prove that ion pretreatment of aluminum substrate causes drastic changes in distribution of metal components in the intermixing zone. As the dose of preirradiation of the substrate increases, we observe intermixing of Al with Cr. Besides, we have recorded an expanded peak of AlCr precipitation in the intermixing zone. The chromium coating contains some admixtures of CrN and Cr₂N uniformly distributed in the depth, with their maximum near the mixing zone. Thus, the effect of penetration of those elements grows stronger with the increase of process temperature. A possible diffusion mechanism of metal and gaseous components into the coating is discussed.

Покриття Cr-N осаджувалося на алюміній з використанням імплантаційно-стимульованої технології в умовах опромінення іонами азоту з енергією 30 кеВ при температурах 200 та 300°С. Досліджувався розподіл металевих та газових елементів у покритті та зоні змішування покриття-підкладка. Для вивчення впливу попередньої обробки поверхні підкладки на адгезію покриття підкладка попередньо опромінювалася іонами азоту з тією ж енергією до доз 1,7.10¹⁷ и 3,4.10¹⁷ іон/см² . Здобуті з використанням вторинної іонної мас-спектрометрії результати показали, що попереднє іонне бомбардування призводить до кардинальних змін у розподілі металевих елементів у зоні змішування. Зростання дози попереднього опромінення веде до збільшення ступіні змішування Al та Cr. Крім цього, мале місце розширення пику розподілу AlCr у даній зоні. Розподіл нітридів хрому - CrN та Cr₂N стає однаковим по всьому покритті з максимумом в зоні змішування. Зниження температури процесу призводить до посилення даного ефекту. Обговорюється можливий механізм даного явища.

Покрытие Cr-N осаждалось на алюминий с использованием имплантационно-стимулирующей технологии в условиях облучения ионами азота с энергией 30 кэВ при температурах 200 и 300°С. Исследовалось распределение металлических и газовых элементов в покрытии и зоне перемешивания покрытие-подложка. Для исследования влияния роли предварительной обработки поверхности подложки на адгезию покрытия подложка предварительно облучалась ионами азота с той же энергией до доз 1,7.10¹⁷ и 3,4.10¹⁷ ион/см². Полученные с использованием вторичной ионной масс-спетроскопии результаты показали, что предварительное ионное облучение приводит к кардинальным изменениям в распределении металлических элементов в зоне перемешивания. Увеличение дозы предварительной обработки ведет к увеличению перемешивания Al и Cr. Кроме этого, наблюдается расширение пика распределения AlCr в данной зоне. Распределение нитридов хрома – CrN и Cr₂N становится однородным по глубине покрытия с максимумов в зоне смешивания. Снижение температуры процесса приводит к усилению данного эффекта. Обсуждается возможный механизм данного явления.