Синтез металлической плазмы

Токи разрядов плазмогенератора и дугового испарителя, давление рабочего газа, а также энергия ионов, поступающих на подложку, выбирались из следующих соображений: 1) процессы формирования толщины покрытия должны преобладать над процессами распыления поверхности растущего покрытия; 2) скорость роста покрытий на подложках должна быть не меньше 1 мкм/ч; 3) количество микрокапель, генерируемых катодным пятном на поверхности катода, должно быть минимальным при заданной скорости роста покрытия; 4) совокупность параметров процесса напыления должна обеспечивать формирование покрытия с составом, близким к стехиометрическому покрытию TiN.

При выбранных токе дугового испарителя 50 А (в случае распыления медного катода - 100 А) и напряжении смещения на образцах - 300 В за 120 мин на подложках формировались покрытия типа TiN толщиной 2.5-3 мкм.

Стоит отметить, что для проведения сравнительного анализа полученных Ti-Cu-N-покрытий с широко используемыми двухкомпонентными покрытиями при аналогичных параметрах были синтезированы традиционные микрокристаллические TiN-покрытия.

Методом электронной микроскопии было показано, что по всей толщине покрытий, полученных электродуговым методом в смешанной плазме при оптимальных условиях процесса, для всех систем катодов размер зерна составляет 10-40 нм. Но в первом случае микротвердость покрытия резко уменьшается до 2000 кг/мм2 в течение недели, в то время как покрытие, распыленное с композиционного катода, не изменяет своей твердости даже после года выдержки при комнатной температуре на открытом воздухе. Данные по микротвердости также подтверждаются результатами измерения твердости методом наноиндентации.

Такие предварительные исследования позволили определить рациональность использования композиционных катодов с концентрацией меди 15 % не только с точки зрения целесообразности применения таких катодов в технологическом масштабе, по и по свойствам формируемых с их помощью покрытий.