омаров 18.10.2017

1. КОМПОЗИТНЫЕ TiC-аC:H ПОКРЫТИЯ,
ОСАЖДЕННЫЕ ИЗ ТИТАНОВОЙ ПЛАЗМЫ
И ВЧ РАЗРЯДА В ПАРАХ БЕНЗОЛА
А.О. Омаров, А.А. Лучанинов, В.Е. Стрельницкий,
Р.Л. Василенко, Г.Н. Толмачёва
Национальный научный центр «Харьковский
физико-технический институт», Институт
физики твердого тела, материаловедения и
технологий, г. Харьков, Украина
e-mail: omarov@kipt.kharkov.ua
<, ZKs /E^d/dhd
KW,z^/^Θd,EKK'z
Ed/KE^/EEdZ

2. Композитные нанокристаллические TiC-аC:H покрытия
имеют высокие прочностные свойства, обладают
стойкостью к высоким температурам, высокой
твердостью и износостойкостью. Благодаря чему их
используют для защиты лопаток турбин, элементов
машин и механизмов.
При различных параметрах процесса TiC-аC:H
покрытия получали методом магнетронного осаждения
в комбинации с ВЧ разрядом в смеси аргона и
ацетилена [1], а также методом вакуумно-дугового
осаждения в присутствии паров метана [2].
1. T. Zehnder, J. Patscheider. Nanocomposite TiC-aC:H hard coatings deposited by reactive PVD //
Surf. Coat. Technol. 2000, vol.133-134, P.138-144.
2. Xing-zhao Dinga, B.K. Taya, H.S.Tana, S.P. Laua, W.Y.Cheungb, S.P. Wong. Preferential
orientation of titanium carbide films deposited by a filtered cathodic vacuum arc technique. // Surf.
Coat. Technol. 2001, vol. 138, Р.301-306.

3. Цель работы
• Синтез TiC-аC:H покрытий из вакуумно-дугового
источника титановой плазмы в ВЧ разряде в парах
бензола при различных параметрах процесса
осаждения.
• Исследование физико-механических свойств
полученных покрытий.

4. Схема установки и методика
эксперимента
Схема экспериментальной установки
- образцы из нержавеющей стали 12Х18Н10Т закреплялись на
водоохлаждаемом поворотном подложкодержателе;
- давление паров бензола в рабочей камере составляло 2х10-3
Торр, 4х10-3
Торр или 6х10-3
Торр;
- ВЧ-потенциал от генератора составлял 200В, 500В и 1000В в
различных экспериментах с частотой 7 МГц;

5. Получены покрытия толщиной от 1,2 до 3,2 мкм.
Скорость осаждения покрытий при различных
параметрах процесса приведена в таблице.
Скорость осаждения растет с увеличением давления
бензола и уменьшением ВЧ-потенциала.
Результаты исследований
6,564,21000
98,65,6500
9,89,67,6200
Скорость осаждения, мкм/час
642
Давление паров бензола, х10-3
Торр
ВЧ-потенциал,
В

6. Рамановские спектры покрытий, осажденных при давлении
паров бензола в рабочей камере 6х10-3
Торр и различных ВЧ-
потенциалах
D и G пики соответствуют наличию аC:H компоненты, а пики
420см-1
и 630см-1
– TiC. Что подтверждает наличие композитного
нанокристаллического TiC-аC:H покрытия.

7. Результаты SEM EDX исследований показывают
элементный состав покрытий полученных при
давлении паров бензола 6х10-3
Торр
Потенциал 200В 500 В 1000 В
Элемент Атом. % Атом. % Атом. %
C 43,75 37.25 18.16
Ti 56,25 62.75 81.84
Во всех режимах осаждения преобладает титан. Однако, чем
выше содержание углерода, тем ближе соотношение Ti/C к 1,
тем более высокими механическими свойствами обладает
полученное покрытие.

8. SEM изображение поверхности TiC-аC:H покрытий:
а) P(C6H6)=2х10-3
Торр, U=200В,
поверхность имеет мелкоячеистую
структуру,с размером зерен до 50нм,
характерную для кристаллических
материалов, осаждаемых PVD
методами;
б) P(C6H6) =6х10-3
Торр, U=1000В,
покрытие имеет развиту поверхность
со структурными элементами
размерами от 150нм до 400нм;
а)
б)

9. Механические свойства покрытий измерялись методом
наноиндентирования. Твердость и модуль упругости
покрытий, полученных при давлении 6х10-3
Торр
приведены в таблице
ВЧ-потенциал, В Твердость,
ГПа
Модуль упругости,
ГПа
100 22 250
200 37 400
500 32 350
1000 8 200
Наилучшие характеристики достигаются при ВЧ-потенциале 200В
и 500В.

10. ВЫВОДЫ
1. Экспериментально показана возможность синтеза композитных
TiC-аC:H покрытий при совместном осаждении титановой плазмы
из вакуумно-дугового источника в ВЧ разряде в парах бензола.
2. Существенное влияние на структуру и свойства TiC-аC:H покрытий
оказывает величина ВЧ-потенциала.
3. Наилучшими механическими характеристиками обладают
покрытия, осажденные при ВЧ-потенциале подложки в диапазоне
200÷500В.
4. Необходимы более детальные исследования покрытий, полученных
в диапазоне ВЧ-потенциалов от 200В до 500В.

11. Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!