Magnetron sputtered coatings of AlN-TiCrB₂ system

Abstract

Wear and corrosion resistant coatings have been obtained by HF magnetron sputtering of an AlN-TiCrB₂ target (prepared by powder metallurgy technique) on Si, Al₂O₃ and GaAs single crystals. The coatings are characterized by ultra dispersed structure and a considerable high-temperature oxidation resistance caused by the formation of solid solutions in the Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃ and Al₂O₃-B₂O₃ systems. The target material mass gain at 1300°C is 1.4 mg/cm². After the high-temperature oxidation, a reinforced disperse structure is formed in the coating as tangled Al₂O₃ fibers. The (AlN-TiCrB₂)-Al₂O₃ and (AlN-TiCrB₂)-GaAs coatings are thermally stable up to 900°C and show high microhardness (Hμ = 30 GPa) and fracture strength (K₁c = 3.3-4.7 MN/m³/²). As the annealing temperature rises (T > 1000°C), the coating mechanical properties deteriorate but its adhesion strength becomes improved. The target material AlN-TiCrB2 can be recommended to prepare wear and corrosion resistant coating on tools as well as on vital parts being operated in extreme conditions.

3носо- та корозійностійкі покриття одержано радіочастотним магнетронним розпиленням мішені AlN-TiCrB₂, виготовленої методами порошкової металургії на монокристалах Si, Al₂O₃ та GaAs. Покриття характеризуються ультрадисперсною структурою та значним опором високотемпературному окисненню завдяки утворенню твердих розчинів у системах Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃ та Al₂O₃-B₂O₃. Після високотемпературного окиснення формується армована дисперсна структура покриття у вигляді волокон Al₂O₃, що переплітаються. Покриття (AlN-TiCrB₂)-Al₂O₃ та (AlN-TiCrB₂)-GaAs термостабільні до 900°С та мають високі значення мікротвердості (Нμ = 30 ГПа) та тріщиностійкості (К₁c = 4,7-3,3 МН/м³/²). 3 підвищенням температури відпалу (Т > 1000°С) механічні властивості покриттів погіршуються, при цьому їх адгезійна міцність зростає. Матеріал мішені AlN-TiCrB₂ можна рекомендувати для отримання зносо- та корозійностійких покриттів на інструменті та на деталях, що працюють в екстремальних умовах.

Получены износо- и коррозионностойкие покрытия радиочастотным магнетронным распылением мишени AlN-TiCrB₂, изготовленной методами порошковой металлургии, на монокристаллах Si, Al₂O₃ и GaAs. Покрытия характеризуются ультрадисперсной структурой и значительным сопротивлением высокотемпературному окислению благодаря образованию твердых растворов в системах Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃ и Al₂O₃-B₂O₃. После высокотемпературного окисления формируется армированная дисперсная структура покрытия в виде переплетающихся волокон Al₂O₃. Покрытия (AlN-TiCrB₂)-Al₂O₃ и (AlN-TiCrB₂)- GaAs термостабильны до 900°С и имеют высокие значения микротвердости (Нμ = 30 ГПа) и трещиностойкости (К₁c = 4.7-3.3 МН/м³/²). С ростом температуры отжига (Т > 1000°С) механические свойства покрытий ухудшаются, но при этом их адгезионная прочность возрастает. Материал мишени AlN-TiCrB₂ может быть рекомендован для получения износо- и коррозионностойких покрытий на инструменте, а также на ответственных деталях, работающих в экстремальных условиях.