The effect of nitrogen pressure during vacuum-arc TiN coatings deposition on the erosoin resistance in plasma of magnetron type discharges

Abstract

The erosion process was investigated of TiN coatings which were made with the vacuum-arc sputtering of Ti at the different nitrogen pressures (10⁻⁴…5•10⁻³ Torr). The erosion rates were measured by the weighting on analytical balance before and after treatment by plasmas of magnetron type, axial symmetrical discharges in nitrogen atmosphere, at the temperatures of 500…1100ºС. It was shown that an erosion rate of TiN coatings deposited at low pressures (~10⁻⁴ Torr) is essentially (up to 1.5 times) lower than that for coatings produced at the more high pressures (5•10⁻³ Torr). For samples produced in the regime with high voltage pulses supply on substrate the erosion is lower than for coatings deposited in the regime without pulses supply. Taking into account the results of X-ray diffraction measurements, the physical mechanisms are suggested to explain such character of erosion behavior.

Исследован процесс эрозии TiN-покрытий, полученных вакуумно-дуговым распылением титана при различных давлениях азота (10⁻⁴…5•10⁻³ Торр). Скорости эрозии измерялись методом взвешивания на аналитических весах до и после плазменной обработки в атмосфере азота при температурах 500…1100ºС. Обнаружено, что скорость эрозии TiN-покрытий, осажденных при низких давлениях (~1•10⁻⁴ Торр), существенно (до полутора раз) ниже, чем для покрытий, нанесенных при более высоких давлениях азота (5•10⁻³ Торр). Для образцов, полученных в режиме с подачей импульсов на подложку, эрозия в среднем несколько ниже, чем у покрытий, осажденных в безимпульсном режиме. С учетом результатов исследований покрытий методом рентгеновской дифракции предложены и обсуждаются возможные физические механизмы для объяснения такого характера поведения эрозии.

Досліджено процес ерозії TiN-покриттів, отриманих вакуумно-дуговим розпилюванням титану при різному тиску азоту (10⁻⁴…5•10⁻³ Торр). Швидкості ерозії вимірювалися методом зважування на аналітичних вагах до і після плазмової обробки в атмосфері азоту при температурах 500…1100ºС Виявлено, що швидкість ерозії TiN-покриттів, осаджених при нижчому тиску (~1•10⁻⁴ Торр), істотно нижче, ніж для покриттів, нанесених при вищому тиску азоту (5•10⁻³ Торр). Для зразків, отриманих у режимі з подачею імпульсів на підкладку, ерозія в середньому декілька нижча, ніж у покриттів, осаджених у безімпульсному режимі. З урахуванням результатів досліджень покриттів методом рентгенівської дифракції запропоновані і обговорюються можливі фізичні механізми для пояснення такого характеру поведінки ерозії.