Установка вакуумного осаждения композитных TiN–Cu-покрытий сопряженными вакуумно-дуговым и ионно-плазменным процессами

Институт физики материаловедения СО РАН

Авторы: Семенов А.П., Цыренов Д.Б-Д., Семенова И.А.

Предложен новый подход синтеза износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких композитных покрытий TiN-Cu на основе синтеза TiN в парах Cu. Разработан плазмохимический реактор с сопряжением газоразрядных процессов, объединяющих дуговое испарение титана в азотсодержащей плазме и ионно-плазменное распыление меди с образованием паров меди. Синтезированы композитные покрытия TiN–Cu. Покрытия имеют однородную глобулярную структуру, с размерами кристаллитов в пределах 50–100 нм. Микротвердость покрытия TiN–Cu составляет 35–38 ГПа. В процессе реакции Ti и N в парах Cu, Cu вытесняется на границу между зернами TiN. и блокирует рост столбчатой структуры кристаллитов TiN, способствуя наноструктурированию композитных покрытий TiN–Cu. Этому свидетельствует, с одной стороны, N не образует соединений с Cu (с азотом медь непосредственно не соединяется, невозможно получить нитрид меди Cu3N). С другой стороны, фазовая диаграмма системы Ti–Cu показывает, что при малых ≤30 ат.% содержаниях меди интерметаллиды стабильно не образуются, к тому же интерметаллиды TiCu, Ti2Cu, Ti2Cu3, TiCu3 образуются при высоких >30 ат. % меди и температурах ~1073–1173 K.

Конструктивная схема плазмохимического реактора: 1-отсек химической реакции Ti и N; 2-отсек парообразования Cu; 3-дуговой испаритель Ti; 4-планарный магнетрон с медным катодом; 5, 9-катоды; 6-фланец; 7-поджигающий электрод; 8, 11-магнитные системы; 10-анод; 12-подложкодержатель; 13-экран; 14-диафрагма; 15-дозирующее отверстие. Общий вид плазмохимического реактора.

Публикации:

  1. Патент № 2649355 RU Способ синтеза композитных покрытий TiN-Cu и устройство для его осуществления / А.П.Семенов, Д.Б.-Д.Цыренов, И.А.Семенова // Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели». – 2018. – № 10.
  2. Semenov A.P., Tsyrenov D.B-D., Semenova I.A. An Apparatus for Vacuum Deposition of Composite TiN−Cu Coatings Using Coupled Vacuum-Arc and Ion-Plasma Processes / // Instruments and Experimental Techniques. – 2017. – Vol. 60. – No. 6. – P. 892–895. DOI: 10.1134/S0020441217060094