Intrinsic stresses in multi-component nitride coatings produced by plasma immersion ion implantation

Abstract

In model of nonlocal thermoelastic peak of low energy ion the process of intrinsic stress formation in the multi-component coatings CrN, Cr₀.₅Al₀.₅ N, TiN, Ti₀.₅Al₀.₅N, deposited by vacuum arc method from ion beams Cr⁺, Cr⁺₀.₅Al⁺₀.₅, Ti⁺, Ti⁺₀.₅Al⁺₀.₅ in direct current (DC) and pulsed potential modes is investigated. The calculations of the intrinsic stress σ in the coatings depending on bias potential U at different deposition regimes and temperatures are carried out. It has been shown that growth of Al ion content in the mixed beam of incident ions increases stress σ(U) in the deposited coating whereas growth of deposition temperature decreases it. Transition from the DC mode of deposition to the pulsed potential one leads to reduction of intrinsic stress maximum and shifts it in area of higher potentials. Comparison of theoretical results with experimental data permits estimating value of activation energy of defect migration.

В рамках модели нелокального термоупругого пика иона низкой энергии анализируется процесс формирования внутренних напряжений в многокомпонентных покрытиях CrN, Cr₀.₅Al₀.₅ N, TiN, Ti₀.₅Al₀.₅N, осаждаемых вакуумно-дуговым методом из пучков ионов Cr⁺, Cr⁺₀.₅Al⁺₀.₅, Ti⁺, Ti⁺₀.₅Al⁺₀.₅ в режимах постоянного и импульсного потенциалов на подложке. Проведен расчёт зависимости внутренних напряжений σ от потенциала смещения U в покрытиях при различных режимах и температурах осаждения. Показано, что увеличение содержания ионов Al в смешанном потоке падающих ионов повышает напряжения σ(U) в осаждаемом покрытии, тогда как увеличение температуры осаждения снижает их. Переход от режима постоянного к режиму импульсного потенциала приводит к снижению максимума внутренних напряжений и смещению его в область более высоких потенциалов. Сравнение теоретических результатов с экспериментальными данными позволило оценить величину энергии активации миграции дефектов.

У рамках моделі нелокального термопружного піку іона низької енергії досліджується процес формування внутрішніх напружень в багатокомпонентних покриттях CrN, Cr₀.₅Al₀.₅ N, TiN, Ti₀.₅Al₀.₅N, осаджуваних вакуумно-дуговим методом з пучків іонів Cr⁺, Cr⁺₀.₅Al⁺₀.₅, Ti⁺, Ti⁺₀.₅Al⁺₀.₅ у режимах постійного та імпульсного потенціалів на підкладці. Проведено розрахунок залежності внутрішньої напруги σ від потенціалу зміщення U в покриттях при різних режимах і температурах осадження. Показано, що збільшення вмісту іонів Al в змішаному потоці падаючих іонів підвищує напругу σ(U) в осаджуваному покритті, тоді як збільшення температури осадження знижує їх. Перехід від режиму постійного до режиму імпульсного потенціалу веде до зниження максимуму внутрішніх напружень та зміщенню його в область більш високих потенціалів. Порівняння теоретичних результатів з експериментальними даними дало можливість оцінити величину енергії активації міграції дефектів.