عنوان

نهشت پوشش‌های نانوساختار‮‭W- Ti‬- ‮‭N‬و بررسی ارتباط بین میکروساختار آنها با سختی,‮‭Deposition of nanostructured Ti-W-N coatings and study of correlation between their microstructure and hardness‬ :

Number

‭۲۲۸۹۴پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

نهشت پوشش‌های نانوساختار‮‭W- Ti‬- ‮‭N‬و بررسی ارتباط بین میکروساختار آنها با سختی

Parallel Title Proper

‮‭Deposition of nanostructured Ti-W-N coatings and study of correlation between their microstructure and hardness‬ :

First Statement of Responsibility

/رضاجلالی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فیزیک

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۸‬

Name of Manufacturer

، راشدی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۲۳۱‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

فیزیک گرایش ماده چگال

Date of degree

‮‭۱۳۹۸/۱۱/۲۰‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

در این کار، لایه‌های نازک‮‭W- Ti‬- ‮‭N‬با استفاده از یک سیستم کندوپاش مگنترونی واکنشی دوگانه بر روی زیرلایه‌صهای شیشه‌ای و استیل‮‭۳۰۴‬ ، در توان‌های مختلف ‮‭RF‬ و همچنین در سه دمای مختلف زیرلایه تهیه شدند .تأثیر وارد کردن تنگستن در ساختار لایه‌ها و افزایش دمای زیرلایه بر روی ویژگی‌های ساختاری، ریزساختار، مورفولوژی سطحی و همچنین ویژگی‌های مکانیکی لایه‌ها مورد بررسی قرار گرفت .پراش پرتو ‮‭X‬ برای بررسی ویژگی‌های ساختاری لایه‌ها، تصاویر‮‭SEM - FE‬برای ریزساختار، سیستم ‮‭EDX‬ جفت شده با‮‭SEM - FE‬برای بررسی ترکیب عنصری لایه‌ها، میکروسکوپ نیروی اتمی برای مورفولوژی سطحی و سیستم نانوسختی‌سنجی برای خواص مکانیکی لایه‌ها مورد استفاده قرار گرفت .برای لایه‌های نهشته شده در دمای اتاق، نتایج ‮‭XRD‬ نشان داد که تمامی لایه‌ها، ساختارهای بلوری ‮‭fcc‬ با جهت‌گیری ترجیحی ‮‭(۲۰۰)‬ یا ‮‭(۱۱۱)‬ دارند که این جهت‌گیری ترجیحی بستگی به مقدار تنگستن در ساختار لایه‌ها دارد .آنالیزهای میکروساختاری نشان داد که لایه‌های‮‭W- Ti‬- ‮‭N‬تهیه شده با مقادیر بیشتر تنگستن فشردگی بیشتری داشته و سطح آنها نیز صاف‌تر است .همچنین، با افزایش مقدار تنگستن، مقادیر تیتانیوم و نیتروژن کاهش می یابد و اندازه دانه کوچکتر می شود .با توجه به آنالیز ترکیب عنصری لایه‌ها، تمامی لایه‌های حاوی تنگستن، زیر-استوکیومتری هستند .تصاویر مقطع عرضی نشان داد که لایه‌های نهشته شده در توان‌های کمتر‮‭RF‬ ، ساختار ستونی با فاصله بین ستونی نسبتا بزرگ دارند، در حالیکه در توان‌های بالاتر‮‭RF‬ ، ستوان‌ها کاملا نزدیک یکدیگر قرار دارند .برای بالاترین مقدار تنگستن، لایه ساختار ریزدانه‌ای دارد .اندازه‌گیری ویژگی‌های مکانیکی نشان داد که در مقایسه با لایه‌های دو جزئی‮‭TiN‬ ، افزودن تنگستن به طور چشمگیری سختی و مدول الاستیکی را بهبود می‌بخشد به طوریکه با افزایش توان ‮‭RF‬ از صفر تا ‮‭۱۰۰‬ وات، سختی از ‮‭GPa ۱۲‬ به ‮‭GPa ۹/۴۲‬ و مدول الاستیکی از ‮‭GPa ۱۸۱‬ به ‮‭GPa ۵۳۵‬ افزایش می‌یابد .برای لایه‌های نهشته شده بر روی زیرلایه‌های در دمای‮‭۱۵۰‬ ، نتایج ‮‭XRD‬ نشان داد که تمامی لایه‌ها دارای ساختار ‮‭fcc‬ و بسته به مقدار تنگستن دارای جهت‌گیری ترجیحی ‮‭(۲۰۰)‬ یا ‮‭(۱۱۱)‬ می‌باشند .علاوه بر این، تصاویر مقطع عرضی نشان دهنده تشکیل یک ساختار ستونی و کاهش در فاصله بین ستون‌ها با افزایش مقدار تنگستن می‌باشد .اندازه دانه محاسبه شده از الگوهای ‮‭XRD‬ و تصاویر ‮‭SEM‬ نشان داد که افزایش مقدار تنگستن باعث افزایش مقادیر اندازه دانه در لایه‌ها می‌شود .بررسی مورفولوژی سطحی و زبری سطحی، افزایش زبری سطحی را به صورت تابعی از مقدار تنگستن تایید می‌کند و این امر با افزایش مشاهده شده در اندازه دانه در توافق است .افزودن تنگستن به ساختار لایه‌ها، اثرات چشمگیری بر روی استوکیومتری لایه‌ها داشت .با افزایش توان منبع‮‭RF‬ ، سختی لایه‌ها افزایش می‌یابد و به یک مقدار بیشینه در حدود ‮‭GPa ۵/۲۶‬ در توان ‮‭RF‬ برابر با ‮‭۸۰‬ وات می‌رسد و در توان‌های بالاتر مقدار سختی کاهش می‌یابد .نتایج ‮‭XRD‬ برای لایه‌های نازک‮‭W- Ti‬- ‮‭N‬نهشته شده در دمای ‮‭۳۰۰‬ نشان داد که تمامی لایه‌ها دارای ساختار ‮‭fcc‬ می‌باشند، اما در مقادیر بالاتر تنگستن، برخی فازهای نیتریدی دیگر نیز تشکیل می‌شود .نتایج به دست آمده از طیف ‮‭XRD‬ و تصاویر‮‭SEM - FE‬و مقطع عرضی نشان داد که اندازه دانه‌ها با افزایش مقدار تنگستن در ساختار لایه‌ها، افزایش می‌یابد و لایه‌ها دارای ساختار مشخصی نیستند .در ساختار تمامی لایه‌ها شکاف‌ها و ترک‌های بزرگی وجود دارد که به احتمال زیاد مربوط به تنش‌های حرارتی می‌باشد .تصاویر میکروسکوپ اتمی نشان داد که با افزایش توان ‮‭RF‬ از صفر تا ‮‭۱۰۰‬ وات، مقدار زبری سطح از ‮‭nm ۶۷/۲‬ به ‮‭nm ۰۵/۸‬ افزایش می‌یابد .همچنین، سختی و مدول الاستیکی با افزایش مقدار تنگستن، تا یک مقدار مشخصی افزایش یافته و پس از آن، سختی کاهش اما مدول الاستیکی همچنان افزایش می‌یابد

Text of Note

In this work, Ti-W-N thin films produced using reactive magnetron co-sputtering system on glass and 304 steel substrates at different RF powers and also, three substrate temperatures. The effect of introducing W to the structure of the layers and increasing substrate temperature on structural, mechanical properties, microstructure and surface morphology were investigated. XRD were used for studying structural properties, FE-SEM micrographs for microstructure, EDX coupled to FE-SEM for elemental composition, AFM for surface morphology and nano-indentation tester for mechanical properties. For the films deposited on the substrates at room temperature, XRD results reveal that all films have fcc crystalline structures, with (200) or (111) preferred orientation, depending on the tungsten content. Microstructural analyses show that the prepared films at higher W contents are more compact and smoother. Moreover, with increasing the W content, Ti and N contents decrease, grain size become smaller. With regard to elemental composition analyses, all films that contain tungsten are sub-stoichiometric. Cross-sectional micrographs reveal that the films prepared at lower RF powers have a columnar structure with relatively large inter-columnar voids, whereas at higher RF powers, columns become quite close to each other. For the highest W concentration, the film has a dense fine-grained structure. Mechanical properties measurements show that compared to binary TiN films, increasing W content significantly improves, so that the hardness and elastic modulus increase from 12 GPa to 42.9 GPa and from 181 GPa to 535 GPa, respectively. For the films prepared on the substrates at 150, XRD results show that all films have fcc structure with (200) or (111) preferred orientation, depending on the W content. Furthermore, cross-sectional images corroborate the formation of columnar structure and reduction in distance between the columns with increasing W content. The grains size calculated from XRD patterns and SEM micrographs revealed that increasing W content results in increasing their values in the films. Study of the surface morphology and the surface roughness of the films confirm the increase of surface roughness as a function of W content, and this is in agreement with the increase seen in the grain size. Addition of W to the films has significant effects on the film stoichiometry. With increasing RF power, the hardness of the films increases and reaches a maximum value of about 26.5 GPa at a RF power of 80 W while in higher values of power the hardness decreases. XRD results for Ti-W-N thin films prepared at 300 showed that all films have an fcc structure but at higher W contents, some additional nitride phases are formed. The results obtained for XDR patterns, FE-SEM and cross sectional micrographs revealed that grain size increased with increasing RF power and the films didnt have any special structure. All films have a series of cracks into their structures which can be related to thermal stresses. AFM micrographs showed that RMS increased from 2.67nm to 8.05 nm, with increasing RF power from 0 to 100 watts. Also, hardness and elastic modulus increased with increasing W content to specified value and then hardness decreased but elastic modulus continues to increase

Parallel Title

‮‭Deposition of nanostructured Ti-W-N coatings and study of correlation between their microstructure and hardness‬ :

جلالی، رضا

Jalali, Reza

پرهیزکار، مجتبی، استاد راهنما

بیدادی، حسن، استاد راهنما

نقش آرا، حمید، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی