Charakterizace TiAlON povlaků připravených technikou magnetronového naprašování buzeného pulzy velkého výkonu

Bc. Jakub Motl

Bachelor's thesis

Characterisation of TiAlON coatings prepared by high power impulse magnetron sputtering technique

Anotácia:

Tenké vrstvy se používají v různých průmyslových odvětvích. Ve strojírenství jsou to typicky TiAlN vrstvy. V této bakalářské práci se věnujeme přípravě TiAlON povlaků, které jsou potenciální náhradou TiAlN. Hlavním cílem je zkoumat vliv depozičních podmínek na složení, krystalickou strukturu, morfologii a mechanické vlastnosti povlaků, které jsme připravili metodou magnetronového naprašování buzeného pulzy velkého výkonu. Sledovali jsme závislost vlastností vrstev na průtocích reaktivních plynů (dusík a kyslík) a vliv počtu pulzů v multipulzním módu. Výsledky ukazují, že přidání kyslíku do struktury TiAlN vede k zachování kubické krystalické struktury, zatímco morfologie povrchu se výrazně změnila. Naměřená tvrdost TiAlON je okolo 20 GPa, kdežto tvrdost TiAlN se pohybuje okolo 9 GPa. Efektivní elastický modul TiAlON je cca 330 GPa. Použití multipulzního módu vede k mírnému zlepšení mechanických vlastností vrstev oproti vrstvám připravených standardním procesem magnetronového naprašování buzeného pulzy velkého výkonu.

Abstract:

Thin films are used in various industrial sectors. In mechanical engineering, TiAlN films are typically used. In this bachelor’s thesis, we focus on the preparation of TiAlON coatings, which are a potential replacement for TiAlN. The main goal is to investigate the influence of deposition conditions on the composition, crystal structure, morphology, and mechanical properties of the coatings prepared by hi power impulse magnetron sputtering. We observed the dependency of coatings properties on the flow rates of reactive gases (nitrogen and oxygen) and the influence of the number of pulses in multi-pulse mode. The results show that the addition of oxygen to the TiAlN structure maintains the cubic crystal structure, while the surface morphology changed significantly. The measured hardness of TiAlON is around 20 GPa, whereas the hardness of TiAlN is around 9 GPa. The effective elastic modulus of TiAlON is approximately 330 GPa. The use of multi-pulse mode leads to a slight improvement in the mechanical properties of the films compared to films prepared by the standard process of high power impulse magnetron sputtering.

Kľúčové slová

tenké vrstvy, magnetronové naprašování, HiPIMS, m-HiPIMS, SEM, EDX, XRD, nanoindentace, TiAlON, thin films, magnetron sputtering, nanoindentation

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 5. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 24. 6. 2024
• Vedúci: Mgr. Matej Fekete, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Pavel Ondračka, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / odbor:
Physics – nanotechnology / Physics – nanotechnology