Новости

Исследованы структура и свойства наноструктурированных композитных покрытий при импульсном лазерном осаждении.

Дата публикации: 12/05/2010
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Исследованы структура и трибологических свойства наноразмерных многослойных покрытий с варьируемой толщиной слоев и композитных покрытий Мо-Sе-С, полученных импульсным лазерным осаждением твердосмазочного (МоSе2) и твердого (алмазоподобный углерод, а-С) компонентов на стальную подложку в инертном газе с применением противокапельной заслонки (экрана).
Исследования выполнили В.Н.Неволин, В.Ю.Фоминский, А.Г.Гнедовец, Р.И.Романов (Московский инженерно-физический институт, государственный университет; Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН, г.Москва).
Установлено, что уменьшение толщины слоев до 3 нм вызывает улучшение трибологических свойств многослойных покрытий. Импульсное лазерное осаждение — активно развивающийся и всесторонне исследуемый в настоящее время метод формирования тонкопленочных слоев и покрытий.
Этим методом удается наносить различные по химическому составу традиционные и оригинальные тонкопленочные материалы, перспективные для формирования качественных функциональных структур для микро- и наноэлектроники, а также покрытий различного назначения (антифрикционные, коррозионно- и износостойкие, биосовместимые и пр.) В общем случае для получения таким способом качественных функциональных слоев и покрытий требуется оптимизация режимов лазерного воздействия на мишень и условий осаждения лазерно-инициированного потока вещества.
Наиболее распространенный прием заключается в варьировании интенсивности лазерного облучения мишени.
Для изменения химического состава многоэлементных покрытий может быть использован инертный или реактивный газ. На свойства покрытий оказывают влияние постоянные и импульсные электрические поля, включаемые при разлете лазерного факела от мишени до подложки.
В ряде случаев в лазерно-инициированном потоке вещества содержатся капли, которые могут оказывать негативное влияние на свойства формируемых осаждаемых слоев. Причина образования капель, разлетающихся из области лазерного воздействия на мишень, заключается в физических особенностях процесса нагрева и испарения материала мишени интенсивным импульсным световым пучком.
Неустойчивость фазовой границы между расплавом и паром, конвективные процессы в жидкой фазе, расплёскивание расплава под воздействием паровой фазы высокого давления, взрывное вскипание жидкой фазы, неравномерный нагрев материала в пятне фокусировки, а также процессы гомогенной нуклеации пара и конденсационного роста образующихся кластеров в эрозионном потоке могут вызывать образование капель сферической формы.
Размер капель и их количество зависят от свойств материала мишени и режимов лазерного воздействия.
В результате исследований сделаны выводы:
- Установка дисковой заслонки на пути разлета лазерного факела позволяла существенно снизить напыление достаточно крупных частиц микронного и субмикронного размеров при формировании слоев диселенида молибдена. Для осаждения атомного потока на подложке, установленной за заслонкой, требовалось использовать инертный газ, рассеивающий лазерно-инициированный атомарный поток в теневую область.
- Слои МоSеx, образующиеся в результате осаждения рассеянного потока атомов из лазерного факела, обладали неудовлетворительными трибологическими свойствами. Приложение отрицательного электростатического смешения или повышение температуры подложки вызывало сглаживание поверхности и улучшение свойств наноразмерных МоSеx слоев. Импульсное лазерное осаждение капельной заслонкой позволило получить многослойные покрытия Мо МоSеx/а-С, которые при малой (до 3 нм) толщине слоев обладали достаточно хорошими антифрикционными свойствами.
Наилучшими свойствами, превосходящими свойства тонкопленочных МоSех покрытий, обладали композитные покрытия, осажденные при комнатной температуре на подложку при напряжении смещения -200 В.
Трибологические свойства таких покрытий были лучше свойств монофазных МоSех и композитных W-Se-С покрытий, создаваемых традиционным способом импульсного лазерного осаждения. Повышение температуры осаждения до 200°С вызывало ухудшение свойств многослойных и композитных покрытий за счет графитизации углерода.

Источник: «Физика и химия обработки материалов», 2009, № 4, с.39-47, www.chem.msu.su

Статьи по теме:

страницы: 1