Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của màng phủ nitrua trên nền hợp kim cứng wc co bằng phương pháp phún xạ magnetron

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - LƯƠNG VĂN ĐƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA MÀNG PHỦ NITRUA TRÊN NỀN HỢP KIM CỨNG WC-Co BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2019 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - LƯƠNG VĂN ĐƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA MÀNG PHỦ NITRUA TRÊN NỀN HỢP KIM CỨNG WC-Co BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 9.44.01.29 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đoàn Đình Phương GS TS Phan Ngọc Minh Hà Nội – 2019 i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn PGS TS Đồn Đình Phương GS TS Phan Ngọc Minh tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ suốt thời gianthực luận án Tôi xin chân thành cám ơn Ban Lãnh đạo Bộ phận đào tạo Viện Khoa học vật liệu giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn đồng nghiệp Phòng Vật liệu kim loại tiên tiến – Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đồng hành, động viên giúp đỡ q trình thực luận án Tơi xin gửi lời cám ơn đặc biệt tới TS Kyoung Ill Moon, TS Won Beom Lee bạn đồng nghiệptại Viện Công nghệ Công nghiệp Hàn Quốc (KITECH) sẵn sàng giúp đỡ, tạo điều kiện cho thực ý tưởng nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè người thân Đặc biệt vợ hai động viên, giúp đỡ tôitrong suốt thời gian học tập hoàn thành luận án ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa công bố cơng trình nghiên cứu trước Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Lương Văn Đương iii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục hình vẽ đồ vi Danh mục bảng x Danh mục ký hiệu , chữ viết tắt xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển màng phủ phân loại 1.1.1 Khái niệm lịch sử phát triển 1.1.2Phân loại màng phủ 1.2 Tình hình nghiên cứu màng phủ nitrit giới 1.2.1Màng đơn lớp 1.2.2 Màng đa lớp 12 1.3 Cấu trúc màng phủ nitrua 16 1.3.1 Cấu trúc màng TiN AlN 16 1.3.2 Cấu trúc màng TiAlN 17 1.3.3 Cấu trúc màng CrlN 18 1.4 Các phương pháp chế tạo màng phủ nitrua 19 1.4.1.Phương pháp lắng đọng pha hóa học (CVD) 19 1.4.2 Phương pháp lắng đọng vật lý pha (PVD) 21 1.4.2.1 Phương pháp bốc bay chân không 21 1.4.2.2 Phương pháp phún xạ 23 1.5 Sự hình thành màng phủ phương pháp phún xạ 30 1.5.1 Phún xạ vật liệu 30 1.5.2 Sự chuyển động hạt phún xạ 32 1.5.3 Lắng đọng bề mặt 32 1.5.3.1 Sự tạo mầm 32 1.5.3.2 Sự phát triển mầm 33 1.5.4 Vai trò lượng việc hình thành cấu trúc nano 34 iv 1.6 Ứng dụng màng phủ nitrua tình hình nghiên cứu Việt Nam 35 CHƯƠNG CHUẨN BỊ MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.1 Phương pháp chế tạo màng nitrua 39 2.1.1 Chế tạo bia phún xạ 39 2.1.2 Chế tạo màng phủ nitrua 40 2.1.2.1 Chuẩn bị bề mặt mẫu 40 2.1.2.2 Chế tạo màng đơn lớp TiAlXN (X: Si, B, V) 41 2.1.2.3 Chế tạo màng đa lớp TiAlSiN/CrN TiAlBN/CrN 43 2.1.2.4 Thiết bị phún xạ magnetron 44 2.2 Phương pháp thiết bị đặc trưng tính chất màng phủ 45 2.2.1 Thiết bị đo độ cứng nano-indenter 45 2.2.2 Thiết bị đo độ mấp mô bề mặt chiều dày màng phủ 46 2.2.3 Thiết bị đo hệ số ma sát, mài mòn 47 2.2.4 Thiết bị xác định độ bền bám dính 47 2.2.5 Các thiết bị khác 48 CHƯƠNG CHẾ TẠO MÀNG PHỦ CỨNG ĐƠN LỚP TiAlXN (X:Si,B,V) 51 3.1 Tối ưu hóa thơng số trình phún xạ 51 3.1.1 Ảnh hưởng công suất phún xạ đến độ cứng màng TiAlXN 51 3.1.2 Ảnh hưởng áp suất phún xạ đến độ cứng màng TiAlXN 53 3.1.3 Ảnh hưởng khoảng cách bia đế đến độ cứng màng TiAlXN 54 3.2 Chế tạo màng đơn lớp TiAlSiN, TiAlBN TiAlVN 55 3.2.1Màng TiAlSiN 55 3.2.1.1 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến cấu trúc thành phần hóa học màng TiAlSiN 55 3.2.1.2 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến độ cứng màng TiAlSiN 58 3.2.1.3 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến hệ số ma sát mài mịn 61 3.2.1.4 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến độ bền bám dính màng 66 3.2.2 Màng TiAlBN 69 3.2.2.1 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến cấu trúc thành phần hóa học màng TiAlBN 69 v 3.2.2.2 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến độ cứng màng TiAlBN 71 3.2.2.3 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến hệ số ma sát mài mòn 73 3.2.2.4 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến độ bền bám dính màng 78 3.2.3 Màng TiAlVN 79 3.2.3.1 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến cấu trúc thành phần hóa học màng TiAlVN 79 3.2.3.2 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến độ cứng màng TiAlVN 83 3.2.3.3 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến hệ số ma sát mài mòn 85 3.2.3.4 Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến độ bền bám dính màng 93 3.2.4 So sánh tính màng chế tạo TiAlSiN, TiAlBN TiAlVN 94 CHƯƠNG CHẾ TẠO MÀNG PHỦ NITRUA ĐA LỚP TiAlX(Si,B)/CrN 97 4.1 Màng đa lớp TiAlSiN/CrN 97 4.1.1 Cấu trúc màng đa lớp TiAlSiN/CrN 97 4.1.1.1 Cấu trúc pha 97 4.1.1.2 Cấu trúc tế vi 98 4.1.2 Độ cứng modul đàn hồi màng đa lớp TiAlSiN/CrN 100 4.1.2.1 Ảnh hưởng chiều dày cặp lớp màng 100 4.2.2.2 Ảnh hưởng số lớp màng 101 4.1.3 Hệ số ma sát màng đa lớp TiAlSiN/CrN 102 4.1.4 Độ bền bám dính màng đa lớp TiAlSiN/CrN 103 4.2 Màng đa lớp TiAlBN/CrN 104 4.2.1 Cấu trúc màng đa lớp TiAlSiN/CrN 104 4.2.1.1 Cấu trúc pha 104 4.2.1.2 Cấu trúc tế vi màng đa lớp 105 4.2.2 Độ cứng modul đàn hồi màng đa lớp TiAlBN/CrN 105 4.2.2.1 Ảnh hưởng chiều dày cặp lớp màng 105 4.2.2.2 Ảnh hưởng số lớp màng 106 4.2.3 Hệ số ma sát màng đa lớp TiAlBN/CrN 107 4.2.4 Độ bền bám dính màng đa lớp TiAlSiN/CrN 108 KẾT LUẬN CHUNG 110 CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 111 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.13 Lịch sử phát triển loại màng Giá trị độ cứng màng TiAl-XN so sánh với màng TiAlN Ảnh HRTEM màng TiAlBN: a) rpm rpm Ảnh hưởng điện hiệu dịch đến độ cứng modul đàn hồi màng TiAlVN Ảnh hưởng hàm lượng V đến độ cứng modul đàn hồi màng TiAlVN Hệ số ma sát của màng phủ TiAlVN Ảnh hưởng hàm lượng Si đến độ cứng modul đàn hồi màng TiAlSiN Ảnh AFM màng TiAlN, TiAlN/CrN nhiệt độ phòng (a,b) nhiệt độ 800oC Hệ số ma sát màng đa lớp TiAlN/CrN màng đơn lớp TiAlN, CrN Ảnh SEM mặt cắt ngang màng đa lớp TiAlN/CrN với chiều dày màng đơn khác Ảnh hưởng chiều dày cặp lớp màng TiAlSiN-CrAlYN đến độ cứng màng đa lớp TiAlSiN/CrAlYN Cấu trúc tinh thể màng: a) cấu trúc B1, NaCl; b) cấu trúc B4 wutzite Cấu trúc tinh thể TiAlN Hình 1.14 Hình 1.15 Cấu trúc tinh thể màng CrN Sơ đồ nguyên lý kỹ thuật lắng đọng hóa học pha (CVD) Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 1.18 Hình 1.19 Hình 1.20 Hình 1.21 Hình 1.22 Hình 1.23 Mơ hình phún xạ Sự phân bố phóng điện khí Sơ đồ hệ phóng điện cao áp chiều Sơ đồ hệ phóng điện cao tần Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ magnetron Quá trình hình thành màng phủ phương pháp phún xạ Quá trình tạo mầm màng Các trường hợp phát triển mầm: a) Phát triển mầm theo lớp; b) Phát triển mầm thành đảo; c) Phát triểm mầm hỡn hợp Cơ chế hình thành màng bề mặt đế Ứng dụng màng nitrua công nghiệp Sơ đồ công nghệ chế tạo bia hợp kim TiAlX hình ảnh bia sau chế tạo Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.24 Hình 1.25 Hình 2.1 Trang 10 10 11 12 13 14 15 16 17 17 18 20 23 25 26 26 28 30 33 33 34 36 40 vii Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Thiết bị mài mẫu (a); Thiết bị rung siêu âm (b); Bề mặt mẫu WC-Co sau xử lý (c) Sơ đồ thiết bị phún xạ magnetron Sơ đồ chế tạo màng đa lớp TiAlX(Si,B)N/CrN phương pháp phún xạ magnetron Bia phún xạ TiAlSi(B) Cr gắn thiết bị phún xạ magnetron Thiết bị phún xạ magnetron Viện KITECH, Hàn Quốc Thiết bị đo độ cứng nano-indenter Helmut Fisher HM2000 Thiết bị đo độ mấp mô bề mặt chiều dày màng phủ Surfcom 1500SD3 Thiết bị đo hệ số ma sát J&L Tech Tribometer Thiết bị đo độ bền bám dính Scratch test Thiết bị nhiễu xạ tia X, DMAX-2500) Viện KITECH, Hàn Quốc Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM, Nova NanoSEM 450, FEI Co Kính hiển vi quang học HUVITZ- HM-25PO Ảnh hưởng công suất phún xạ đến độ cứng màng: (a) TiAlSiN; (b) TiAlBN; (c) TiAlVN Bia phún xạ bị nứt vỡ phún xạ công suất cao Ảnh hưởng áp suất phún xạ đến độ cứng màng: (a) TiAlSiN; (b) TiAlBN; (c) TiAlVN Ảnh hưởng khoảng cách bia đế đến độ cứng màng: (a) TiAlSiN; (b) TiAlBN; (c) TiAlVN Giản đồ nhiễu xạ tia X màng TiAlSiN lưu lượng dịng khí N2 khác Cấu trúc bề mặt màng TiAlSiN chiều dày màng lưu lượng khí N2 khác Thành phần hóa học màng TiAlSiN lưu lượng khí N2 sccm sccm Mối quan hệ độ cứng kích thước hạt Ảnh hưởng lưu lượng dịng khí N2 đến độ cứng màng Hệ số ma sát màng lưu lượng khí N2 khác Độ mấp mô bề mặt màng TiAlSiN lưu lượng khí N2 Đường mài mịn bề mặt màng bi SUJ2 điều kiện ma sát khô lưu lượng khí N2 khác Hệ số ma sát điều kiện dầu bôi trơn lưu lượng khí N2 khác 41 42 43 44 45 46 47 47 48 49 49 50 51 52 53 54 56 57 58 59 60 62 63 64 65 viii Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Hình 3.31 Hình 3.32 Hình 3.33 Đường mài mòn bề mặt màng bi môi trường dầu bôi trơn lưu lượng khí khác Ảnh hưởng lưu lượng dịng khí N2 đến độ bền bám dính màng TiAlSiN: a) sccm; b) sccm; c) sccm; d) sccm; e) 10 sccm Chế tạo màng TiAlSiN sử dụng lớp trung gian Cr Độ bền bám dính màng TiAlSiN lưu lượng khí N2 sccm: (a) khơng sử dụng lớp trung gian; (b) sử dụng lớp trung gian Cr Giản đồ nhiễu xạ tia X màng TiAlBN lưu lượng khí N2 khác Ảnh SEM màng TiAlBN lưu lượng khí N2 khác Ảnh hưởng lưu lượng dịng khí N2 đến độ cứng màng TiAlBN Hệ số ma sát màng TiAlBN lưu lượng khí N2 khác Giá trị độ mấp mơ bề mặt trung bình màng TiAlBN lưu lượng khí N2 khác Hình ảnh mấp mô bề mặt màng TiAlBN thiết bị hiển vi nguyên tử lực lưu lượng khí N2 khác Đường mài mịn màng TiAlBN lưu lượng khí N2 khác (trong điều kiện ma sát khô) Hệ số ma sát màng TiAlBN mơi trường dầu Đường mài mịn màng TiAlBN lưu lượng khí N2 khác (trong điều kiện dầu GF4) Ảnh hưởng lưu lượng dịng khí N2 đến độ bền bám dính màng TiAlBN: a) sccm; b) sccm; c) sccm; d) sccm; e) 10 sccm Độ bền bám dính màng TiAlBN: (a) không sử dụng lớp trung gian; (b) Sử dụng lớp trung gian Cr Giản đồ nhiễu xạ tia X màng TiAlVN chế tạo lưu lượng khí N2 khác Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến cấu trúc bề mặt màng TiAlVN: a) sccm; b) 6sccm; c) sccm; 10 sccm Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến cấu trúc mặt cắt ngang chiều dày màng TiAlVN: a) sccm; b) sccm; c) sccm; 10 sccm Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến thành phần màng TiAlVN Ảnh hưởng lưu lượng khí N2 đến độ cứng màng 65 66 67 68 69 70 71 73 74 75 76 77 77 78 79 80 81 82 83 84 105 có xu hướng giảm xuống so với màng đơn lớp Kết dẫn đến thay đổi tính chất màng 4.2.1.2 Cấu trúc tế vi màng đa lớp Hình 4.9 cho thấy hình thái học bề mặt mặt cắt ngang màng đa lớp TiAlBN/CrN với chiều dày cặp lớp màng thay đổi Kết cho thấy, chiều dày cặp lớp màng giảm xuống từ (815 + 663 nm) đến (79 + 86 nm), kích thước hạt màng đa lớp giảm (hình 4.10 a-c) Nguyên nhân màng đơn lớp TiAlBN có cấu trúc hạt mịn so với màng CrN, chiều dày cặp lớp màng nhỏ bề mặt màng đa lớp bị ảnh hưởng màng TiAlBN CrN Chiều dày màng đa lớp chiều dày lớp màng đơn thể hình 4.9 d-f Ảnh mặt cắt ngang cịn cho thấy, màng chế tạo có cấu trúc hạt mịn, không thấy xuất cấu trúc dạng cột ảnh mặt cắt ngang Hình 4.9 Hình thái học bề mặt mặt cắt ngang màng đa lớp TiAlBN/CrN :(a,d)- lớp; (b-e)- lớp; (c-f): 18 lớp 4.2.2 Độ cứng modul đàn hồi màng đa lớp TiAlBN/CrN 4.2.2.1 Ảnh hưởng chiều dày cặp lớp màng Trong nghiên cứu chế tạo màng đa lớp TiAlBN/CrN, chiều dày cặp màng khảo sát qua thông số thời gian phún xạ nhằm thu chiều dày tối ưu Kết 106 nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày cặp lớp màng đến độ cứng màng đưa hình 4.10 Hình 4.10 Ảnh hưởng chiều dày lớp cặp màng đến độ cứng màng đa lớp TiAlBN/CrN Tương tự màng đa lớp TiAlSiN/CrN, màng đa lớp TiAlBN/CrN, tăng chiều dày cặp lớp màng từ 165 nm lên 232 nm, độ cứng màng tăng nhanh từ 28,2 GPa lên 33,8 GPa Nếu tiếp tục tăng chiều dày cặp lớp màng lên, độ cứng màng có xu hướng giảm Tuy nhiên, so sánh với độ cứng màng đa lớp TiAlSiN/CrN, độ cứng màng đa lớp TiAlBN/CrN cao so với màng đa lớp TiAlSiN/CrN Kết độ cứng màng TiAlBN cao so với màng TiAlSiN trình bày Chương Kết modul đàn hồi thu màng đa lớp có xu hướng giống giá trị độ cứng thu Modul đàn hồi đạt giá trị cực đại 352 GPa chiều dày cặp lớp màng 232 nm giảm xuống 294 GPa 225 GPa chiều dày cặp lớp màng tăng lên 446 nm 1478 nm 4.2.2.2 Ảnh hưởng số lớp màng Ảnh hưởng số lớp màng đến độ cứng màng đa lớp TiAlBN/CrN thể hình 4.11 107 Hình 4.11 Ảnh hưởng số lớp màng đến độ cứng màng đa lớp TiAlBN/CrN Kết cho thấy, số lớp màng tăng từ lên 14 lớp, độ cứng tăng từ 16,5 GPa lên 33,8 GPa Nếu số lớp màng tiếp tục tăng, độ cứng màng phủ đa lớp TiAlBN/CrN gần khơng thay đổi Ngun nhân chiều dày lớp màng mỏng số lớp màng dẫn đến kết độ cứng màng bị ảnh hưởng độ cứng đế Ngoài ra, theo tiêu chuẩn phép đo độ cứng nanoindenter, chiều sâu mũi đâm phải đạt 25 % tổng chiều dày lớp màng để đảm bảo cho độ cứng đế không ảnh hưởng đến độ cứng lớp màng phủ Kết thu nhằm xác định chiều dày tối ưu để đảm bảo cho dụng cụ cắt gọt chi tiết có hiệu suất tuổi thọ cao 4.2.3 Hệ số ma sát màng đa lớpTiAlBN/CrN Trong điều kiện ma sát khô nhiệt độ phòng, hệ số ma sát màng đa lớp màng đơn lớp so sánh với hệ số ma sát đế hợp kim WC-Co hình 4.12 Kết cho thấy, hệ số ma sát mẫu có xu hướng tăng tuyến tính, sau giảm xuống giá trị định tùy vào loại màng Khi đạt trạng thái ổn định, đường biểu thị hệ số ma sát ngang Khi phân tích kỹ nhận thấy, với mẫu có độ nhám thấp, hay kích thước hạt mịn, hệ số ma sát màng tương đối ổn định suốt quãng đường trượt Tuy nhiên, hệ số ma sát màng đơn lớp CrN quãng đường di chuyển 210 m-270 m màng đa lớp TiAlBN/CrN quãng đường di chuyển 580-730 m có khơng ổn định Kết 108 mài mòn lớp màng bi thép SUJ2 sinh hạt mài mòn bề mặt tiếp xúc bi màng Ngoài ra, kết cho thấy giá trị hệ số ma sát màng đơn TiAlBN thấp (0,55), so sánh với hệ số ma sát mẫu màng đa lớp TiAlBN/CrN (0,59) CrN (0,64) đế hợp kim WC-Co (0,75) Hình 4.12 Hệ số ma sát khơ màng đa lớp TiAlBN/CrN, màng đơn lớp TiAlBN, CrN đế hợp kim WC-Co 4.2.4 Độ bền bám dính màng đa lớp TiAlBN/CrN Kết độ bền bám dính màng đa lớp TiAlBN/CrN khơng sử dụng lớp trung gian có sử dụng lớp trung gian Cr đươc thể hình 4.13 Hình 4.13 Độ bền bám dính màng đa lớp TiAlBN/CrN: a) khơng sử dụng lớp trung gian; b) Sử dụng lớp trung gian Cr 109 Kết cho thấy, với mẫu màng không sử dụng lớp trung gian, bề mặt màng có xu hướng bị bong tróc giá trị lực tới hạn đạt 24,7 N Khi lực tới hạn tiếp tục tăng lên, độ bong tróc màng tăng theo (hình 4.13 a) Với mẫu màng sử dụng lớp trung gian, không quan sát thấy tượng bong tróc bề mặt màng lực tới hạn 30 N Kết luận chương 4: - Ảnh hưởng cặp chiều dày lớp màng số lớp màng nghiên cứu Kết độ cứng màng đa lớp tăng đạt giá trị cực đại 31,4 GPa chiều dày 245 nm màng đa lớp TiAlSiN/CrN 33,8 GPa chiều dày 232 nm màng đa lớp TiAlBN/CrN Ngoài ra, với số lớp màng 12 lớp TiAlSiN/CrN 14 lớp màng TiAlBN/CrN độ cứng màng đạt giá trị cực đại - Hệ số ma sát màng đa lớp TiAlSiN/CrN 0,71, giá trị cao so với màng đơn lớp CrN: 0,66 thấp so với màng đơn lớp TiAlSiN Với màng TiAlBN/CrN có hệ số ma sát (~0,59) thấp so với màng CrN (~0,64) cao so với màng đơn lớp TiAlBN (~0,55) - Việc sử dụng lớp trung gian Cr cải thiện độ bền bám dính màng đa lớp đế hợp kim WC-Co - Kết nghiên cứu chế tạo hai màng đa lớp TiAlX(Si, B)/CrN thể bảng sau: Bảng 4.1 So sánh tính chất màng đa lớp TiAlSiN/CrN TiAlBN/CrN chế tạo Độ bền bám dính Độ cứng (GPa) Modul đàn hồi (GPa) Hệ số ma sát TiAlSiN/CrN 31,4 335 TiAlBN/CrN 33,8 352 Khơng có lớp trung gian Sử dụng lớp trung gian Cr 0,71 27,3 >30 N 0,59 24,7 >30 N 110 KẾT LUẬN CHUNG Bằng việc tự chế tạo bia phún xạ đa nguyên tố, chế tạo thành công màng phủ cứng đơn lớp – đa nguyên tố TiAlXN (X:Si, B, V) đa lớp – đa nguyên tố TiAlXN/CrN (X: Si, B) hợp kim cứng WC-Co công nghệ phún xạ magnetron, bao gồm bước: (i) chế tạo bia phún xạ đa nguyên tố Ti50Al40X10 (X:Si, B, V) phương pháp luyện kim bột tiên tiến, (ii) chuẩn bị bề mặt mẫu đế hợp kim WC-Co, (iii) phún xạ magnetron chiều Trong đó, thơng số q trình phún xạ sau: - Cơng suất phún xạ: 300 W - Áp suất phún xạ: mtor - Khoảng bia đế: 50 mm - Lưu lượng dịng khí Ar: 36 sccm - Lưu lượng dịng khí N2: từ đến 10 sccm - Thời gian phún xạ: 30 phút Đối với màng phủ cứng đơn lớp, khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dịng khí N2 đến tính chất loại màng TiAlXN sử dụng hệ bia Ti50Al40X10 (X:Si, B, V) Cụ thể, xác định lưu lượng dịng khí N2 tối ưu sccm màng TiAlSiN TiAlVN, màng TiAlBN 4sccm So sánh tính chất màng phủ cứng đơn lớp TiAlXN luận án chế tạo với số liệu công bố giới, cho phép rút kết luận, màng phủ đơn lớp TiAlBN chế tạo có độ cứng cao hệ số ma sát thấp so với công bố giới phương pháp chế tạo Còn màng phủ đơn lớp TiAlSiN TiAlVN chế tạo có độ cứng hệ số ma sát tương đương với công bố giới có phương pháp chế tạo Màng TiAlVN qua xử lý nhiệt nhiệt độ lớn 600oC có hệ số ma sát thấp so với màng phủ loại không qua xử lý nhiệt hình thành pha Magnéli có khả tự bôi trơn Khi sử dụng lớp trung gian Cr, độ bền bám dính loại màng phủ tăng từ 1,5 đến lần so với không sử dụng lớp trung gian Kết cho thấy độ bền bám dính loại màng sử dụng lớp trung gian Cr Ti (trong nghiên cứu 111 chế tạo màng TiAlVN) đảm bảo độ bền bám dính màng đế (tới hạn lớn 30 N) Đối với màng phủ cứng đa lớp TiAlSiN/CrN TiAlBN/CrN, khảo sát ảnh hưởng chiều dày cặp màng số cặp màng đến độ cứng màng đa lớp Cụ thể, màng phủ đa lớp TiAlSiN/CrN có độ cứng cao giá trị chiều dày cặp màng 245 nm (màng TiAlSiN 127 nm màng CrN 118 nm) tổng số cặp màng cặp (12 lớp) Còn màng TiAlBN/CrN, độ cứng cao giá trị chiều dày cặp màng 232 nm tổng số cặp màng (14 lớp) CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Thông qua việc tự chế tạo bia phún xạ đa nguyên tố Ti50Al40X10 (X:Si, B, V), chế tạo nghiên cứu đặc trưng tính chất màng phủ cứng đơn lớp TiAlXN (X:Si, B, V) đa lớp TiAlXN/CrN (X: Si, B) hợp kim cứng WCCo, công nghệ phún xạ magnetron chiều Màng phủ có tính chất tương đương tốt so với công bố giới có phương pháp chế tạo - Đã khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dịng khí N2 đến cấu trúc tính chất loại màng đơn lớp TiAlXN(X:Si, B, V) Đặc biệt, xác định tỷ lệ lưu lượng dịng khí Ar : N2 tối ưu trình phún xạ màng phủ cứng đơn lớp TiAlSiN TiAlVN 36 sccm : sccm màng TiAlBN 36 sccm : sccm - Đã xác định giá trị tối ưu chiều dày cặp màng số cặp màng để màng phủ cứng đa lớp TiAlSiN/CrN TiAlBN/CrN có tính chất tốt 112 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ I Tạp chí quốc tế Van Duong Luong, Doan Dinh Phuong, Phan Ngoc Minh, Kyoung Il Moon, Influence of Nitrogen Gas Flow on the Hardness and the Tribological Properties of a TiAlBN Coating Deposited by Using a Magnetron Sputtering Process, Journal of the Korean Physical Society, 70(10) (2017) 929-933 (SCI- IF:0.5) Doan Dinh Phuong, Van Duong Luong, Phan Ngoc Minh, Hyun Jun Park, Kyoung Il Moon, Microstructure, mechanical and tribological behavior of the TiAlVN coatings, Acta Metallurgica Slovaca, 24 (4) (2018), 266-272 (E-SCI) II Tạp chí nước hội nghị quốc tế Van Duong Luong, Doan Dinh Phuong, Nguyen Quang Huan, Do Thi Nhung, Phan Ngoc Minh, Kyoung Il Moon, Synthesis of the TiAlVN coating deposited by magnetron sputtering using a single target, Hội nghị vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ X, 2017 T.P Huế (ISBN: 978-604-95-03269) Van Duong Luong, Dinh Phuong Doan, “Structure and properties of the TiAlBN coatings” The 5th Asian Materials Data Symposium, Oct 30th - Nov 02nd 2016, Hanoi, Vietnam, (ISBN: 978-604-913-500-2) Van Duong Luong, Dinh Phuong Doan “Study on Fabrication of Multilayer TiAlSiN/CrN Coating on WC-Co Substrate by DC Magnetron Sputtering” The 13th Asian Foundry Congress (AFC 13), 2015 (ISBN: 978-604-938-550-6) Van Duong Luong, Dinh Phuong Doan, Kyoung Il Moon, Won Beom Lee “Synthesis and characteristics of multilayer TiAlSiN/CrN coatings” Proceedings of International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, IWAMSN 2014 Lương Văn Đương, Nguyễn Văn Luân, Trần Bảo Trung, Nguyễn Văn An “Nghiên cứu công nghệ phủ màng siêu cứng đa lớp TiAlSiN/CrN hợp kim cứng WC-Co phương pháp phún xạ” Tuyển tập hội nghị khoa học niên Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam lần thứ 13, 2014 (ISBN: 978-604-913-309-1) 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Cavaleiro, J Th M De Hosson, Nanostructured coating, Springer, 2006 E Q Travis, R F Fiordalice, Manufacturing aspects of low presser chemicalvapor-deposited TiN barrier layers, Thin Solid Films, 1993, 23 6, 325–329 K Kawata, H Sugimura, and O Takai, Effects of chlorine on tribological properties of TiN films prepared by pulsed d.c plasma-enhanced chemical vapor deposition, Thin Solid Films, 2002, 407, 1-2, 38–44 H Liepack, K Bartsch, W Brückner, A Leonhardt, Mechanical behavior of PACVD TiC-amorphous carbon composite layers, Surface and Coatings Technology, 2004, 183, 1, 69–73 N Kumar, R Krishnan, D Dinesh Kumar, S Dash, and A K Tyagi, Tribological properties of nanostructured TiC coatings deposited on steel and silicon substrates using pulse laser deposition technique,” Tribology, 2011, 5, 1, 1–9 A Shanaghi, A R S Rouhaghdam, S Ahangarani, P K Chu, T S Farahani, Effects of duty cycle on microstructure and corrosion behavior of TiC coatings prepared by DC pulsed plasma CVD, Applied Surface Science, 2012, 258, 7, 3051–3057 L Montesano, C Petrogalli, A Pola, M Gelfi, V Sisti, G M La Vecchia, Corrosion and wear behavior of CAE deposited CrN-PVD coatings, Key Engineering Materials, 2014, 577-578, 641–644 C Petrogalli, L Montesano, M Gelfi, G M La Vecchia, and L Solazzi, Tribological and corrosion behavior of CrN coatings: roles of substrate and deposition defects, Surface & Coatings Technology, 2014, 258, 878–885 A Ruden, E R Parra, A U Paladines, F Sequeda, Corrosion resistance of CrN thin films produced by dc magnetron sputtering, Applied Surface Science, 2013, 270, 150-156 10 K Chakrabarti, J J Jeong, S K Hwang, Y C Yoo, C M Lee, Effects of Nitrogen Flow Rates on the Growth Morphology of TiAlN Films Prepared by an rf-Reactive Sputtering Technique, Thin Solid Films, 2002, 406, 159 11 Q Ru, S Hu, Effects of Ti0.5Al0.5N coatings on the protecting against oxidation for titanium alloys, J Rare Metals, 2010, 29, 154-161 12 G G Fuentes, E Almandoz, R Pierrugues, R Martínez, R Rodríguze, J Caro, High temperature tribological characterisation of TiAlSiN coatings produced by cathodic arc evaporation, Surf Coat Technol., 2010, 205, 1368-1373 13 Z M Rosli, K W Loon, J M Juoi, et al., Characterization of TiAlBN Nanocomposite Coating Deposited via Radio Frequency Magnetron Sputtering Using Single Hot-Pressed Target, Advanced Materials Research, 2013, 626, 298301 114 14 Q Jin, H Wang, G Li, J Zhang, J Liu, Microstructures and Mechanical Properties of TiN/CrN Multilayer Films, Rare Metal Materials and Engineering, 2017, 46, 10, 2857-2862 15 Y Xu, L Chen F Pei, Y Du, Structure and thermal properties of TiAlN/CrN multilayered coatings with various modulation ratios, Surface and Coatings Technology, 2016, 304, 512-518 16 V T T Thương, Đ A Tuấn, C T T Hằng, L V T Hùng, Nghiên cứu chế tạo màng TiN phương pháp phún xạ magnetron DC số đế khác nhau, Tạp chí phát triển KH&CN, 2014, 17, 65-73 17 Đinh Thị Mộng Cầm, Nguyễn Hữu Chí, Lê Khắc Bình, Trần Tuấn, Nguyễn Thị Hải Yến, Trần Quang Trung, Tổng hợp màng cứng CrN phương pháp phun phủ mạ ion (SIP), Tạp chí phát triển KH&CN, 2007, 10, 5, 13-19 18 Nguyễn Thành Hợp, Nghiên cứu chế tạo lớp phủ cứng đa lớp TiN-TiCN dụng cụ cắt phương pháp hồ quang chân không, Luận văn thạc sĩ, 2009, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội 19 Trần Thị Như Hoa, Các lớp phủ đa lớp Ti tinh khiết lớp siêu hợp mạng TiN/CrN xen kẽ nhau, Đại học khoa học tự nhiên, ĐHQGHN 20 S L Romero, J C Ramírez, Synthesis of TiC thin films by CVD from toluene and titanium tetrachloride with nickel as catalyst Revista Matéria, 2007, 12, 3, 487 – 493 21 N Ghobad , M Ganji, C Luna, A Arman, A Ahmadpourian, Effects of substrate temperature on the properties of sputtered TiN thin films, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2016, 27, 3, 2800–2808 22 X Huang, I Etsion, T Shao, Effects of elastic modulus mismatch between coating and substrate on the friction and wear properties of TiN and TiAlN coating systems, Wear, 2015, 338-339, 54-61 23 T Chengjian, K Dejun, Effects of wear speeds on friction-wear behaviours of cathode arc ion plated TiAlSiN coatings at high temperatures J Tribology Materials, Surfaces & Interfaces, 2017, 11, 2, 66-74 24 C Rebholz, M A Monclus, M A Baker, P H Mayrhofer, P N Gibson, A Leyland, A Matthews, Hard and superhard TiAlBN coatings deposited by twin electron-b eam evaporation, Surface & Coatings Technology, 2007, 201, 6078 – 6083 25 Q Ru, S Hu, N Huang, L Zhao, X.Qiu, X Hu, Properties of TiAlCrN coatings prepared by vacuum cathodic arc ion plating, Rare Metals, 2008, 27, 3, 251-256 26 F Lomello, M A P Yazdi, F Sanchette, F Schuste, M Tabarant, A Billard, Temperature dependence of the residual stresses and mechanical properties in TiN/CrN nanolayered coatings processed by cathodic arc deposition Surface and Coatings Technology, 2014, 238, 216-222 27 R N Ibrahim, M A Rahmat, R H Oskouei, R K Singh Raman, Monolayer TiAlN and multilayer TiAlN/CrN PVD coatings as surface modifiers to mitigate 115 fretting fatigue of AISI P20 steel, Engineering Fracture Mechanics, 2015, 137, 64-78 28 P V Badiger, V Desai, M R Ramesh, Development and Characterization of Ti/TiC/TiN Coatings by Cathodic Arc Evaporation Technique Transactions of the Indian Institute of Metals, 2017, 70, 9, 2459-2464 29 S Y Yoon, K O Lee, S S Kang, K H Kim, Comparison for mechanical properties between TiN and TiAlN coating layers by AIP technique, Journal of Materials Processing Technology, 2002, 130–131, 260–265 30 Z Hui, W X Hui, L Q Lei, C L Ja, L Zheng, Trans Noneferrous Met Soc China 20 (2010 ) 679-682 31 D H Jung, K I Moon, S Y Shin, C S Lee, Influence of ternary elements (X = Si, B, Cr) on TiAlN coating deposited by magnetron sputtering process with single alloying targets, Thin Solid Films, 2013, 546, 242–245 32 N D Nam, M Vaka, N T Hung, Corrosion behavior of TiN, TiAlN, TiAlSiNcoated 316L stainless steel in simulated proton exchange membrane fuel cell environment Journal of Power Sources, 2014, 268, 240-245 33 C Feng, L Xin, S Zhu, Z Shao, The Effects of N2 Flow Rates on the Properties of Ti-Al-Si-N Films Deposited by Arc Ion Plating, Applied Mechanics and Materials, 2013, 291-294, 2694-2697 34 Q Ma, L Li, Y Xu, J Gu, L Wang, Y Xu, Effect of bias voltage on TiAlSiN nanocomposite coatings deposited by HiPIMS, Applied Surface Science, 2017, 392, 826–833 35 C Rebholz, J M Schneider, A A Voevodin, J Steinebrunner, C Charitidis , S Logothetidis , A Leyland, A Matthews, Structure, mechanical and tribological properties of sputtered TiAlBN thin films, Surface and Coatings Technology, 1999, 113, 126–133 36 J K Park, J Y Cho, H T Jeon, Y J Baik, Structure, hardnes s and thermal stability of TiAlBN coatings grown by alternating depositio n of TiAlN and BN, Vacuum, 2010, 84, 483–487 37 Z M Rosli, Z Mahamud, W L Kwan, J M Juoi, K T Lau, Chemical Composition Analysis of TiAlBN Nanocomposite Coating Deposited via RF Magnetron Sputtering, Key Engineering Materials, 2014, 594-595, 551-555 38 C F Wang, S F Ou, S.Y Chiou, Microstructures of TiN, TiAlN and TiAlVN coatings on AISI M2 steel deposited by magnetron reactive sputtering, Trans Nonferrous Met Soc China, 2014, 24, 2559−2565 39 M Pfeiler, K Kutschej, M Penoy, C Michotte, C Mitterer, M Kathrein The influence of bias voltage on structure and mechanical/tribological properties of arc evaporated Ti –Al –V – N coatings Surface and Coatings Technology, 2007, 202, 1050 – 1054 40 M Pfeiler, K Kutsche, M Penoy, C Michotte, C Mitterer, M Kathrein, The effect of increasing V content on structure, mechanical and tribological properties of arc evaporated Ti–Al–V–N coatings Int Journ al of Refractory Metals & Hard Materials, 2009, 27, 502–506 116 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 W Tillmann, T Sprute, F Hoffmann, Y Y Chang, C Y Tsai, Influence of bias voltage on residual stresses and tribological properties of TiAlVN-coatings at elevated temperatures, Surface & Coatings Technology, 2013, 231, 122–125 W Tillmann, S Momeni, F Hoffmann, A study of mechanical and tribological properties of self-lubricating TiAlVN coatings at elevated temperatures, Tribology International, 2013, 66, 324 –329 W Tillmann, E Vogli, S Momeni, Development of wear resistant pressing moulds for the production of diamond composites, Journal of Materials Processing Technology, 2009, 209, 4268–4273 A M Abd El-Rahman, Synthesis and annealing effects on the properties of nano structured TiAlVN coatings deposited by plasma enhanced magnetron sputtering, Materials Chemistry and Physics, 2015, 149-150, 179-187 C Feng , S Zhu, M Li, L Xin, F Wang, Effects of incorporation of Si or Hf on the microstructure and mechanical properties of Ti–Al–N films prepared by arc ion plating (AIP), Surface & Coatings Technology, 2008, 202, 3257–3262 W Tillmann, M Dildrop, Influence of Si content on mechanical and tribological properties of TiAlSiN PVD coatings at elevated temperatures, Surface & Coatings Technology, 2017, 321, 448–454 Q Ma, L Li, Y Xu, X Ma, Y Xu, H Liu, Effect of Ti content on the microstructure and mechanical properties of TiAlSiN nanocomposite coatings, Int Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2016, 59, 114–120 S Kang, L DaMeng, S TianMin, Microstructure and mechanical properties of TiAlSiN nano-composite coatings deposited by ion beam assisted deposition, SCIENCE CHINA -Technological Sciences, 2015, 58, 10, 1682–1688 H C Barshilia, A Jain, K S Rajam, Structure, hardness and thermal stability of nanolayered TiN/CrN multilayer coatings, Vacuum, 2004, 72, 241– 248 H C Barshilia, M S Prakash, A Jain, K.S Rajam, Structure, hardness and thermal stability of TiAlN and nanolayered TiAlN/CrN multilayer films, Vacuum, 2005, 77, 169–179 S M Yang , Y Y Chang, D Y Lin, D Y Wang, W Wu, Mechanical and tribological properties of multilayered TiSiN/CrN coatings synthesized by a cathodic arc deposition process, Surface & Coatings Technology, 2008, 202 2176 – 2181 C L Chang, J Y Jao, W Y Ho, D Y Wang, Influence of bi-layer period thickness on the residual stress, mechanical and tribological properties of nanolayered TiAlN/CrN multi-layer coatings, Vacuum, 2007, 81, 604 – 609 P L Sun, C H Hsu, S H Liu, C Y Su, C K Lin, Analysis on microstructure and characteristics of TiAlN/CrN nano-multilayer films deposited by cathodic arc deposition, Thin Solid Films, 2010, 518, 7519 – 7522 D A Delisle, J E Krzanowski, Surface morphology and texture of TiAlN/CrN multilayer coatings, Thin Solid Films, 2012, 524, 100 –106 X Sui, G Li, C Jiang, K Wang, Y Zhang, J Hao, Q Wang, Improved toughness of layered architecture TiAlN/CrN coatings for titanium high speed cutting, Ceramics International, 2018, 44, 5629–5635 117 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 Y Y Chang, C P Chang, H Y Kao, High temperature oxidation resistance of multilayered Al xTi − xN/CrN coatings, Thin Solid Films, 2011, 519, 6716 – 6720 N Fukumoto, H Ezura, T Suzuki, Synthesis and oxidation resistance of TiAlSiN and multilayer TiAlSiN/CrAlN coating, Surface & Coatings Technology, 2009, 204, 902–906 T Mori, M Noborisaka, T Watanabe, T Suzuki, Oxidation resistance and hardness of TiAlSiN/CrAlYN multilayer fi lms deposited by the arc ion plating method, Surface & Coatings Technology, 2012, 213, 216–220 c-TiN, PDF No.38-1420 JCPDS, - International center for diffraction data, 1998 J E Sundgren, B O Johansson, A Rocket, S A Barnett, J E Green, Physics of and Chemisty of protecive coatings, American insitute of physics, Universal City, 1985 H Ljungcrantz, M Odén, L Hultman, J.E Greene, J E Sundgren, J Appl Phys 1996, 80, 6725 K Khojier, H Savaloni, E Shokrai, Z Dehghani, N Z Dehnavi, Influence of argon gas flow on mechanical and electrical properties of sputtered titanium nitride, Journal of Theoretical and Applied Physics, 2013, 7-37 B Alling, A.V Ruban, A Karimi, O.E Peil, S.I Simak, L Hultman, I.A Abrikosov, Phys Rev B, 2007, 75, 045123 A Hörling, L Hultman, M Odén, J Sjölén, L Karlsson, J Vac Technol A 2002, 20, 1815 Y Makio, S Miyake, structural change and properties of pseudobinary nitrides containing AlN, Trans JWRI, 2001, 30, 39-43 H Bückle, J H Westbrook, H Conrad (Eds.), The Science of Hardness Testing and Its Research Applications, ASME, 1973, 453 Y T Cheng, C M Cheng, Scaling, dimensional analysis, and indentation measurements, Materials Science and Engineering: R: Reports, 2004, 44, 4-5, 91-149 D Chicot, D Mercier, F Roudet, K Silva, M H Staia, J Lesage, Comparison of instrumented Knoop and Vickers hardness measurements on various soft materials and hard ceramics, Journal of the European Ceramic Society, 2007, 27, 4, 1905-1911 B.G David, B Pascal, Molecular dynamics for low temperature plasma– surface interaction studies, Journal of Physics D: Applied Physics, 2009, 42, 194011 X Zhou, H Wadley, R.A Johnson, D Larson, N Tabat, A Cerezo, A PetfordLong, G Smith, P Clifton, R Martens, Atomic scale structure of sputtered metal multilayers, Acta Materialia, 2001, 49, 4005-4015 C H Shon, J K Lee, H J Lee, Y Yang, and T H Chung, Velocity Distributions in Magnetron Sputter, IEEE Transactions On Plasma Science, 1998, 26, H Brune: Microscopic View of Epitaxial Metal Growth: Nucleation and Aggregation Surf Sci Rep 1998, 31, 121-229 M A Herman, H Sitter: Molecular Beam Epitaxy: Fundamentals and Current Status, 2nd ed (Springer, Berlin 1996) 118 74 Lê Trần, Trần Văn Phương, Trần Tuấn, Nguyễn Hữu Chí, Nghiên cứu chế tạo màng TiN phương pháp phún xạ phản ứng magnetron DC, Tạp chí phát triển KH&CN, 2008, 11, 10, 51-60 75 Y.Y Chang, D Y Wang, C Y Hung, Structural and mechanical properties of nanolayer ed TiAlN/CrN coatings synthesized by a cathodic arc deposition process, Surface & Coatings Technology, 2005, 200, 1702 – 1708 76 D B Lewis, I Wadsworth, W D Munz, R KuzelJr, V Valvoda, Structure and stress of TiAlN/CrN superlattice coatings as a function of CrN layer thickness, Surface and Coatings Technology, 1999, 116–119, 284–291 77 N Saoula, K Henda, R Kesri, Influence of Nitrogen Content on the Structural and Mechanical Properties of TiN Thin Films, J Plasma Fusion Res 2009, 8, 1403-1407 78 K Khojier, H Savaloni, E Shokrai, Z Dehghani, N Z Dehnavi, Influence of argon gas flow on mechanical and electrical properties of sputtered titanium nitride thin films, Journal of Theoretical and Applied Physics, 2013, - 37 79 J Kovac, H R Stock, H W Zoch, Influence of Substrate Bias Voltage on the Properties of Sputtered Aluminum-Scandium Thin Sheets, Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology, 2012, 2, 115-119 80 L Jakab-Farkas, S Papp, D Biró, Effect of N Concentration on Microstructure Evolution of the Nanostructured (Al, Ti, Si)N Coatings Prepared by d.c Reactive Magnetron Sputtering, Scientific Bulletin of the Petru Maior University of Tirgu Mures, 2009, 6, 173-178 81 S N Dub, A A Goncharov, V V Petukhov, Effect of Nitrogen on Mechanical Properties of Thin Films, Journal of Superhard Materials, 2009, 31, 2, 71–77 82 V A Belousa, A S Kuprina, S N Dubb, V D Ovcharenkoc, G N Tolmachevac, E N Reshetnyakc, I I Timofeevac, and P M Litvin, Structure and Mechanical Properties of Ti–Al–Si–N Protective Coatings Deposited from Separated Plasma of a Vacuum Arc, Journal of Superhard Materials, 2013, 35, 1, 20–28 83 F Cao, P Munroe, Z Zhou, Z Xie, Mechanically robust TiAlSiN coatings prepared by pulsed-DC magnetron sputtering system: Scratch response and tribological performance, Thin Solid Films, 2018, 645, 222–230 84 X Wang, J Xu, S Ma, K Xu, Effects of annealing temperature on the microstructure and hardness of TiAlSiN hard coatings, Chinese Science Bulletin, 2011, 56, 16, 1727-1731 85 S PalDeys, S C Deevi, Single layer and multilayer wear resistant coatings of (TiAl)N: a review, Mater Sci Eng A, 2003, 342, 58-79 86 P Hviščová, F Lofaj, M Novák, The influence of deposition conditions on the nanohardness and scratch behavious of thin dc magnetron sputtered CrN coatings, Powder Metallurgy Progress, 2013, 13, 3-4, 121-131 87 J L M Courter, Resistance of automotive clearcoats: I Relationship to coating mechanical properties J Coat Tech., 1997, 69, 57–63 88 C M Seubert; M E Nichols, Scaling behavior in the scratching of automotive clearcoats J Coat Tech Res., 2007, 4, 21–30 89 R A Ryntz, B D Abell, G M Pollano, L H Nguyen, W C Shen, Scratch resistance of model coating systems J Coat Tech., 2000, 72, 47–53 119 90 I Zukerman, A Raveh, Y Shneor, R Shneck, J.E Klemberg-Saphieha, L Martinu, Internal stress in TiAlBN at high temperatures, Surf Coat Technol 2007, 201, 6161-6166 91 Z M Rosli, Z Mahamud, W L Kwan, J M Juoi, K T Lau, Chemical Composition Analysis of TiAlBN Nanocomposite Coating Deposited via RF Magnetron Sputtering, Key Eng Mater 2014, 594-595, 551-555 92 C Rebholz, J M Schneider, A A Voevodin, J Steinebrunner, C Charitidis, ect., Structure, mechanical and tribological properties of sputtered TiAlBN thin films, Surface and Coatings Technology, 1999, 113, 126-133 93 K Kutschej, P H Mayrhofer, M Kathrein, P Polcik, R Tessadri, C Mitterer, Surf Coat Technol., 2005, 200, 2358 94 A E Santana, A Karimi, V H Derflinger, A Schütze, Thin Solid Films, 2004, 469–470, 339 95 F Ali, B S Park, J S Kwak, The impact of surface morphology on TiAlN film’s properties, J Ceramic Processing Research, 2013, 14, 529-534 96 Z L Wu, Y G Li, B Wu, M K Lei, Effect of microstructure on mechanical and tribological properties of TiAlSiN nanocomposite coatings deposited by modulated pulsed power magnetron sputtering, Thin Solid Films, 2015, 597, 197–205 97 C H Yu, Temperature dependence of strain, microstructure and hardness in arc deposited TiAlNbN, TiAlVN and TiAlCrN coatings, Linköping University, 2016 98 R Franz, C Mitterer, Vanadium containing self-adaptive low-friction hard coatings for high-temperature applications: a review, Surface and Coatings Technology, 2013, 228, 1–13 99 S M Aouadi, H Gao, A Martini, T W Scharf, C Muratore, Lubricious oxide coatings for extreme temperature applications: Areview, Surface & Coatings Technology, 2014, 257, 266–277 100 F Ali, B S Park, J S Kwak, Effect of number of bi-layers on properties of TiN/TiAlN multilayer coatings, Journal of Ceramic Processing Research, 2013, 14, 4, 476-479 101 Y Matsui, M Hiratani, Y Nalamura, I Asano, F Yano, Formation and oxidation properties of (Ti1-xAlx)N thin films prepared by dc reactive sputtering, J Vac Sci Technol A, 2002, 20, 605-611 102 S Vepreck, A S Argon, Towards the understanding of mechanical properties of super- and ultrahard nanocomposites, J Vac Sci Technol B, 2002, 20, 650-664 103 Magonov S N, Handbook of Surfaces and Interfaces of Materials, 2001, 2, edited by Nalwa H R (Academic Press, USA), 393 104 K L Johnson, Contact Mechanics, Cambridge University Press, Cambrige, 1985 105 S J Bull, D S Rickerby, New developments in the modelling of the hardness and scratch adhesion of thin films, Surface and Coating Technology, 1990, 42, 2, 149-164