Nghiên cứu chế tạo màng tin trên nền hợp kim titan y sinh bằng phương pháp phún xạ magnetron

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo màng TiN hợp kim titan y sinh phương pháp phún xạ magnetron NGUYỄN QUỐC THỊNH Thinh.NQ202794M@sis.hust.edu.vn Ngành Khoa học vật liệu Giáo viên hướng dẫn 1: TS Đặng Quốc Khánh Chữ ký GVHD Giáo viên hướng dẫn 2: TS Lương Văn Đương Chữ ký GVHD Viện: Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu HÀ NỘI, 5/2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Quốc Thịnh Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo màng TiN hợp kim titan y sinh phương pháp phún xạ magnetron Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số HV: 20202794M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 28/4 với nội dung sau: Đã rà sốt lỗi tả/in ấn chỉnh sửa lại văn phong, thống lại số thuật ngữ khoa học Đã chỉnh sửa, bổ sung giải thích Bảng danh mục viết tắt Phần mở đầu: bổ sung chỉnh sửa lại ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực thiễn luận án, bổ sung thêm điểm luận án Phần mục tiêu đề tài: chỉnh sửa tên “tối ưu hóa thơng số q trình phún xạ” “lựa chọn thông số phù hợp trình phún xạ” Chỉnh sửa lại phần tài liệu tham khảo theo yêu cầu nhà trường Bổ sung thêm báo liên quan đến luận văn công bố Ngày 18 tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình truyền đạt cho tơi kiến thức chuyên sâu chuyên ngành tạo điều kiện tốt để tơi dễ dàng học tập trường Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Đặng Quốc Khánh TS Lương Văn Đương – người thầy trực tiếp dẫn dắt đường nghiên cứu hai năm qua Các thầy không trực tiếp cầm tay việc mà đưa nhiều lời khun hữu ích cơng việc đời sống Các thầy tiếp cho tơi nhiều động lực để hồn thành luận văn Cùng với đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến ThS Nguyễn Ngọc Linh công tác Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam bảo tơi nhiều q trình làm thí nghiệm Xin cảm ơn bạn sinh viên phòng TN Luyện kim bột Compozite hỗ trợ tơi q trình tơi làm việc Cuối cùng, xin cảm ơn người thân gia đình tạo điều kiện làm chỗ dựa vững tình thần suốt năm vừa qua Tơi xin chân thành cảm ơn i TĨM TẮT Hiện nay, màng phủ cứng có nhiều vai trò sản xuất đời sống, đặc biệt việc bảo vệ dụng cụ y sinh gia cơng cắt gọt Trong đó, TiN loại màng phủ có độ cứng cao, khả chống mài mòn ăn mòn tốt nên thường dùng để phủ lên bề mặt chi tiết chỉnh hình để cải thiện tính tăng thời gian sử dụng chúng môi trường thể người Phương pháp phún xạ magnetron số phương pháp phổ biến để phủ màng cứng TiN lên chi tiết Do đó, đề tài luận văn “Nghiên cứu chế tạo màng TiN hợp kim titan y sinh phương pháp phún xạ magnetron” lựa chọn nhằm mục đích khảo sát tính chất mẫu hợp kim Ti6Al4V phủ màng TiN phương pháp phún xạ magnetron điều kiện công suất phún xạ lưu lượng khí phản ứng N2 khác Kết nhiễu xạ tia X cho thấy màng TiN có cấu trúc đơn pha, dạng lập phương tâm mặt Ảnh hiển vi điện tử quét cho thấy, công suất phún xạ tăng từ 150W lên 300W, hình dạng hạt màng TiN có thay đổi hình dạng từ cấu trúc cấu trúc vảy sang cấu trúc tứ diện Ngoài ra, kết đo độ cứng mẫu màng TiN có độ cứng cao 22,8 GPa ± 1,2 GPa chế tạo công suất phún xạ 250 W hệ số ma sát tăng từ 0,46 đến 0,61 công suất phún xạ tăng từ 150 lên 300 W Với thay đổi tỉ lệ khí từ 10/3 đến 10/6, độ cứng màng tăng dần theo đạt giá trị cao 23,5 GPa ± 1,175 GPa tỉ lệ khí 10/5 Trong đó, độ mài mòn mẫu màng giảm xuống đạt giá trị nhỏ tỉ lệ khí 10/6 Học viên ký tên ii MỤC LỤC Lời cảm ơn… i Tóm tắt……… ii Mục lục……… iii Danh mục hình vẽ v Danh mục bảng vii Danh mục ký tự viết tắt viii MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu titan y sinh 1.1.1 Vật liệu y sinh 1.1.2 Hợp kim Ti6Al4V 1.2 Tổng quan màng titan nitrua (TiN) 1.2.1 Lịch sử phát triển màng TiN 1.2.2 Cấu trúc tính chất màng TiN 1.2.3 Ứng dụng 1.3 Các phương pháp chế tạo màng TiN 1.3.1 Phương pháp lắng đọng hóa học (CVD) 1.3.2 Phương pháp lắng đọng hồ quang catot 10 1.3.3 Phương pháp phún xạ 10 1.4 Sự hình thành màng phủ phương pháp phún xạ 14 1.4.1 Sự ion hóa nguyên tử khí bắn phá ion lên bia 14 1.4.2 Quá trình tạo màng 15 1.4.3 Một số yếu tố ảnh hưởng 17 1.4.4 Sự hình thành định hướng mặt tinh thể màng 21 1.5 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 22 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 22 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 23 1.6 Mục tiêu đề tài 24 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Chuẩn bị bề mặt mẫu 25 2.2 Phương pháp phủ màng TiN 26 2.3 Phương pháp nghiên cứu tính chất đặc trưng 29 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 29 2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 30 2.3.3 Độ cứng 31 iii 2.3.4 Đo hệ số ma sát 32 2.3.5 Đo ăn mòn điện hóa 33 Chương III: Kết thảo luận 35 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng công suất phún xạ 35 3.1.1 Ảnh mẫu màng TiN chế tạo 35 3.1.2 Ảnh hưởng công suất phún xạ đến cấu trúc màng 36 3.1.3 Ảnh hưởng công suất phún xạ đến độ cứng 40 3.1.4 Ảnh hưởng công suất phún xạ đến hệ số ma sát-mài mòn 40 3.1.5 Ảnh hưởng công suất phún xạ đến khả chống ăn mòn 42 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ khí 45 3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ khí đến cấu trúc màng 45 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ khí đến độ cứng 47 3.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ khí đến ma sát - mài mòn 49 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 52 Kết luận chung 52 Kiến nghị 52 Cơng trình nghiên cứu 54 Tài liệu tham khảo 55 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ứng dụng vật liệu Ti y sinh [1] Hình 1.2 Chi tiết chỉnh hình bị mòn [12] Hình 1.3 Mơ hình q trình ăn mòn chân hợp kim titan [14] Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể TiN [24] Hình 1.5 Hệ số ma sát TiN Ti6Al4V [25] Hình 1.6 Thế ăn mịn điện hóa TiN Ti6Al4V [25] Hình 1.7 Độ tăng sinh tế bào màng TiN so với đế Ti6Al4V [26] Hình 1.8 Các dụng cụ phủ TiN Hình 1.9 Các chi tiết chỉnh hình phủ TiN Hình 1.10 Cấu tạo thiết bị CVD [31] Hình 1.11 Nguyên lý phủ màng phương pháp lắng đọng hồ quang catot [35] 10 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý máy phún xạ [37] 11 Hình 1.13 Sơ đồ hệ phún xạ chiều [39] 12 Hình 1.14 Sơ đồ phún xạ dòng xoay chiều [36] 12 Hình 1.15 Cấu tạo hệ phún xạ magnetron 13 Hình 1.16 Sự bắn phá ion khí lên bia [42] 14 Hình 1.17 Quá trình tạo mầm từ nguyên tử hấp thụ [46] 16 Hình 1.18 Góc thấm ướt mầm hạt đế 16 Hình 1.19 Các dạng phát triển màng từ xuống: a) phát triển dạng ốc đảo (dạng Volmer-Weber), b) phát triển lớp (dạng Frank-van der Merwe) c) phát triển hỗn hợp (dạng Stranski-Krastanov) [48] 17 Hình 1.20 Mơ hình cấu trúc vùng Thomtorn [53] 19 Hình 1.21 Mối quan hệ áp suất khí (Ps), tỉ lệ va chạm hạt (Nf) tốc độ phủ màng (v) [54] 20 Hình 1.22 Đồ thị biểu thị phún xạ với tỉ lệ khí phản ứng khác [56] 21 Hình 1.23 Màng TiN với định hướng (111) (200) [52] 22 Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo mẫu màng phủ TiN đế hợp kim Ti6Al4V 25 Hình 2.2 a) Máy mài; b) Máy rung siêu âm; c) Tủ sấy 26 Hình 2.3 Các mẫu Ti6Al4V sau xử lý bề mặt 26 Hình 2.4 Mơ hình thiết bị phún xạ chế tạo màng TiN 27 Hình 2.5 Máy phún xạ UNIVEX400 28 Hình 2.6 Bia Ti dùng trình phún xạ 29 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý đo XRD 30 Hình 2.8 Thiết bị đo XRD PANalytical 30 v Hình 2.9 Máy FESEM, Hitachi S4800 31 Hình 2.10 Nguyên lý đo độ cứng nano 31 Hình 2.11 Thiết bị đo độ cứng Nano-indenter Helmut Fisher HM2000 32 Hình 2.12 Nguyên lý cấu tạo máy đo hệ số ma sát TRB3 33 Hình 2.13 Sơ đồ cấu tạo hệ thử nghiệm khả chống ăn mòn 34 Hình 3.1 Màu sắc thực tế mẫu phún xạ công suất khác từ trái sang phải: a) 150W; b) 200W; c) 250W; d) 300W 35 Hình 3.2 Nhiễu xạ tia X mẫu màng TiN thay đổi công suất phún xạ 36 Hình 3.3 Ảnh chụp hiển vi điện tử quét bề mặt màng TiN thay đổi công suất phún xạ a) 150W, b) 200W, c) 250W, d) 300W 37 Hình 3.4 Phân bố kích thước hạt màng TiN thay đổi công suất phún a) 150W, b) 200W, c) 250W, d) 300W 38 Hình 3.5 Ảnh chụp hiển vi điện tử quét mặt cắt màng TiN thay đổi công suất phún xạ a) 150W, b) 200W, c) 250W, d) 300W 39 Hình 3.6 Ảnh hưởng cơng suất đến tốc độ trung bình phún xạ tạo màng TiN 39 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn giá trị độ cứng màng phún xạ với công suất khác 40 Hình 3.8 Đồ thị hệ số mài mòn mẫu màng TiN đế hợp kim Ti6Al4V với a) 150W; b)200W; c)250W; d)300W 41 Hình 3.9 Hình thái bề mặt vết mài mẫu 300W 42 Hình 3.10 Kết đo ăn mịn điện hóa bề mặt mẫu đế hợp kim Ti6Al4V mẫu phủ màng TiN thay đổi công suất 44 Hình 3.11 Đồ thị X-ray mẫu phún xạ chế độ tỉ lệ khí khác 45 Hình 3.12 Tốc độ tạo màng điều kiện phún xạ với tỉ lệ khí khác 46 Hình 3.13 Ảnh SEM bề mặt mặt cắt mẫu phún xạ với tỉ lệ khí khác với a)10/3; b)10/4; c)10/5; d)10/6 47 Hình 3.14 Sơ đồ biểu thị độ cứng màng với tỉ lệ khí Ar/N2 khác 48 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn thay đổi hệ số ma sát theo thời gian mấu phủ màng TiN với tỉ lệ khí khác 50 Hình 3.16 Ảnh chụp đường mài mòn mẫu màng phún với tỉ lệ khí 10/6 50 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Cơ tính hợp kim Ti6Al4V [3, 9] Bảng 1.2 Các tính chất vật lý TiN [21, 22, 23] Bảng 2.1 Thông số phún xạ tạo màng TiN nghiên cứu ảnh hưởng công suất 27 Bảng 2.2 Thông số phún xạ tạo màng TiN nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ khí Ar/N2 28 Bảng 2.3 Thành phần dung dịch SBF 33 Bảng 3.1 Kết đo tốc độ ăn mòn mẫu đế hợp kim Ti6Al4V mẫu phủ màng TiN thay đổi công suất 44 Bảng 3.2 Thống kê giá trị độ cứng mô đun đàn hồi mẫu màng phún xạ tỉ lệ khí Ar/N2 khác 48 Bảng 3.3 So sánh giá trị độ cứng màng TiN luận văn với nghiên cứu trước 49 vii DANH MỤC KÝ TỰ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ߠௐ Góc thấm ướt màng đế ɸ Đường kính hình trịn ߛி௏ Năng lượng bề mặt màng ߛௌி Năng lượng bề mặt tiếp xúc màng đế ߛௌ௏ Năng lượng bề mặt đế ߣ௙௣ Quãng đường di chuyển trung bình ion khí mà khơng bị va chạm với phân tử ion khí khác 100Cr6 Thép 100Cr6 306L Thép 306L 314L Thép 314L CVD ഥ  Chemical vapor deposition Lắng đọng pha hóa học Năng lượng ion khí gia tốc phía bia q trình phún xạ Ecorr Thế ăn mịn điện hóa FCC Face centered cubic Lập phương tâm mặt HiPIMS High power impulse Phún xạ magnetron kết hợp công suất cao HA Hydroxylapatite Màng hydroxylapatit Icorr JCPDS Mật độ dòng ăn mòn Joint Committee on Powder Diffraction Nf Thư viện liệu phổ nhiễu xạ tia X Tỉ lệ va chạm hạt buồng phún xạ PET Ps PVD Polyethylene terephthalate Physical vapor deposition Nhựa poly (etylen terephtalat) Áp suất khí buồng phún xạ Lắng đọng pha vật lý SBF Simulated body fluid Dung dịch giả dịch thể người SEM Scanning electron Hiển vi điển tử quét Sccm Standard cubic centimeters cm3/phút XRD X – ray diffraction Phổ nhiễu xạ tia X v Tốc độ phủ màng viii đến độ mấp mô bề mặt màng thấp, điều giúp cho hệ số ma sát thấp làm giảm độ mài mịn Ngược lại, kích thước hạt màng lớn, độ mấp mô bề mặt lớn làm tăng hệ số ma sát Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn thay đổi hệ số ma sát theo thời gian mấu phủ màng TiN với tỉ lệ khí khác Hình 3.16 biểu thị vết mài mịn mẫu màng phủ 10/6 sau q trình đo ma sát mài mòn Tương tự mẫu màng chế tạo công suất phún xạ 300W, vết mài tạo thành rãnh đồng đều, dấu hiệu bong tróc Màu sắc rãnh tương tự với phần màng xung quanh cho thấy vết mài chưa ăn sâu xuống phần đế Hình 3.16 Ảnh hiển vi quang học đường mài mòn mẫu màng phún xạ tỉ lệ khí 10/6 Các kết cho thấy mẫu TiN chế tạo phương pháp phún xạ magnetron có độ cứng khoảng 19 - 23 GPa, có khả chống 50 mài mòn tốt khả chống ăn mòn vượt trội so với hợp kim Ti6Al4V Như vậy, việc phủ màng TiN lên hợp kim Ti cải thiện tính chất bề mặt chi tiết chỉnh hình, giúp giảm thiểu tượng mài mòn rò rỉ mảnh vụn ion kim loại vào thể người 51 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận chung Đã chế tạo thành công lớp màng phủ TiN đế hợp kim Ti6Al4V phương pháp phún xạ magnetron, đó, thơng số q trình phún xạ sau: o Áp suất phún xạ: 6.10-3 mbar o o - Thời gian phún xạ: 45 phút Nhiệt độ đế phún xạ: nhiệt độ phòng (25 oC) Khảo sát ảnh hưởng công suất phún xạ tỉ lệ khí Ar/N2 đến tính chất đặc trưng mẫu màng gồm: thành phần cấu trúc pha, độ cứng, hệ số ma sát, khả chống ăn mịn Kết nghiên cứu ảnh hưởng cơng suất cho thấy, màng có cấu trúc mạng lập phương tâm mặt, hạt dạng cột độ cứng màng đạt giá trị cực đại (22,8 GPa ± 1,2 GPa) cơng suất phún xạ 250 W, cịn hệ số ma sát thấp (0,42) công suất phún xạ 150 W Ngồi ra, kết đo ăn mịn điện hóa cho thấy, mẫu màng chế tạo cơng suất phún xạ khác có khả chống ăn mòn cao so với hợp kim Ti6Al4V mẫu màng chế tạo công suất 150 W có khả chống ăn mịn tốt có mật độ xít chặt cao - - Kết ảnh hưởng tỉ lệ khí Ar/N2 ra, tỉ lệ khí Ar/N2 thay đổi từ 10/3 đến 10/6, hình dạng kích thước hạt mẫu màng thay đổi từ dạng tứ diện sang dạng hình cầu với kích thước hạt mịn mật độ xít chặt cao Giá trị độ cứng cao (23,5 ± 1,2 GPa) thu mẫu màng chế tạo tỉ lệ khí Ar/N2 10/5 Ngồi ra, hệ số ma sát thấp mẫu màng chế tạo tỉ lệ khí 10/5 Các kết đạt không định hướng ứng dụng cho vật liệu cấy ghép y sinh mà mở rộng phạm vi ứng dụng màng phủ TiN cho lĩnh vực khác điện, điện tử Kiến nghị Các mẫu phủ màng TiN nghiên cứu cần kiểm định độ tương thích sinh học với thể người để ứng dụng lĩnh vực y sinh Như vậy, để đảm bảo phản ứng phụ xảy chi tiết phủ 52 màng TiN đưa vào thể người, cần có xét nghiệm độc tế bào, xét nghiệm kích ứng xét nghiệm tương hợp huyết tương cho mẫu Ti y sinh phủ màng TiN 53 CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Lương Văn Đương, Nguyễn Quốc Thịnh, Nguyễn Ngọc Linh, Đồn Đình Phương, Đặng Quốc Khánh, Huỳnh Xuân Khoa “Nghiên cứu ảnh hưởng công suất đến tính chất màng TiN chế tạo phương pháp phún xạ magnetron” Chấp nhận đăng Tạp chí khoa học công nghệ kim loại, số 105, 2022 Nguyen Quoc Thinha,b, Doan Dinh Phuonga, Nguyen Ngoc Linha, Dang Quoc Khanhb, Rubanik Vasilic, Rubanik Vasili Jr.c, Bahrets Dzmitryc, Luong Van Duonga*, “Impact of reactive nitrogen flow on morphology, mechanical properties, and biocorrosion behavior of sputtered TiN coatings for orthopedic applications”, Submited to Surface Topography: Metrology and Properties (IF: 2.185) 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K Sternberg, “Current requirements for polymeric biomaterials in otolaryngology,” GMS Current Topics in Otorhinolaryngology - Head and Neck Surgery, vol 8, 2009 [2] Kashi, A and Saha, S (2010) “Mechanisms of failure of medical implants during long-term use,” Biointegration of Medical Implant Materials, pp 326–348 Available at: https://doi.org/10.1533/9781845699802.3.326 [3] Zhang, L., & Chen, L (2019) A Review on Biomedical Titanium Alloys: Recent Progress and Prospect Advanced Engineering Materials doi:10.1002/adem 201801215 [4] Kuroda, D., Niinomi, M., Morinaga, M., Kato, Y., & Yashiro, T (1998) Design and mechanical properties of new β type titanium alloys for implant materials Materials Science and Engineering: A, 243(1-2), 244–249 doi:10.1016/s0921-5093(97)00808-3 [5] Ang, A.S and Berndt, C.C (2014) “Investigating the anisotropic mechanical properties of plasma sprayed yttria-stabilised zirconia coatings,” Surface and Coatings Technology, 259, pp 551–559 https://doi.org/10.1016/ j.surfcoat.2014.10.031 Available at: [6] Osman, R., & Swain, M (2015) A Critical Review of Dental Implant Materials with an Emphasis on Titanium versus Zirconia Materials, 8(3), 932–958 doi:10.3390/ma8030932 [7] R Boyer, E.W Collings, and G Welsch, Materials Properties Handbook: Titanium Alloys, ASM International,, 1994 [8] Vu, N., Truong, N., Dang, L et al In vitro and in vivo biocompatibility of Ti-6Al-4V titanium alloy and UHMWPE polymer for total hip replacement Biomed Res Ther 3, 14 (2016) https://doi.org/10.7603/s40730-016-0014-8 [9] Philip, J.T., Mathew, J & Kuriachen, B Tribology of Ti6Al4V: A review 55 Friction 7, 497–536 (2019) https://doi.org/10.1007/s40544-019-0338-7 [10] Fukuda, A., Takemoto, M., Saito, T., Fujibayashi, S., Neo, M., Yamaguchi, S., … Nakamura, T (2011) Bone bonding bioactivity of Ti metal and Ti– Zr–Nb–Ta alloys with Ca ions incorporated on their surfaces by simple chemical and heat treatments Acta Biomaterialia, 7(3), 1379–1386 doi:10.1016/j.actbio.2010.09 026 [11] T G A Buford, “Review of wear mechanisms in hip implants: Paper I – General,” Materials & Design, 25 (5), pp 385-393, 2004 [12] Christian Fabry, Carmen Zietz, Rebecca Dammer, Rainer Bader, “12 Patterns of Wear in Total Knee Replacement,” The Unhappy Total Knee Replacement , Springer, Cham, 2015, pp 135-145 [13] Dr Matt Nejad, “Are Titanium Implants Safe?,” Beverly Hils Dentist, 2017 [14] Gittens, R A., Olivares-Navarrete, R., Tannenbaum, R., Boyan, B D., & Schwartz, Z (2011) Electrical Implications of Corrosion for Osseointegration of Titanium Implants Journal of Dental Research, 90(12), 1389–1397 doi:10.1177/0022034511408428 [15] Seog-Young Yoon, Jong-Kuk Kim, Kwang Ho Kim, A comparative study on tribological behavior of TiN and TiAlN coatings prepared by arc ion plating technique, Surface and Coatings Technology, Volume 161, Issues 2– 3, 2002, Pages 237-242, ISSN 0257-8972, https://doi.org/10.1016/S02578972(02)00474-7 [16] E M Daxinger, “Method and apparatus for evaporating materials in a vacuum coating plant” United States Copyrights US4197175A, 1980 [17] Window, B., & Savvides, N (1986) Charged particle fluxes from planar magnetron sputtering sources Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 4(2), 196–202 doi:10.1116/1.573470 [18] Kouznetsov, V., Macák, K., Schneider, J M., Helmersson, U., & Petrov, I (1999) A novel pulsed magnetron sputter technique utilizing very high 56 target power densities Surface and Coatings Technology, 122(2-3), 290– 293 doi:10.1016/s0257-8972(99)00292-3 [19] P J Bernard F.Coll, “Surface modification of medical implants and surgical devices using TiN layers,” Surface and Coatings Technology, tập 36, số 3-4, pp 867-878, 1988 [20] Manso-Silvan, M., Martínez-Duart, J M., Ogueta, S., García-Ruiz, P., & Pérez-Rigueiro, J (2002) Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 13(3), 289–293 doi:10.1023/a:1014062918261 [21] Zhang, R.-Q., Lee, T.-H., Yu, B.-D., Stampfl, C., & Soon, A (2012) The role of titanium nitride supports for single-atom platinum-based catalysts in fuel cell technology Physical Chemistry Chemical Physics, 14(48), 16552 doi:10.1039/c2cp41392b [22] M Bauccio, ASM Engineered Materials Reference Book, Ed ASM International, 1994 [23] Guha, S., Bandyopadhyay, A., Das, S., & Swain, B P (2018) Synthesis and characterization of Titanium Silicon Nitride (TiSiN) thin film: A review IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 377, 012181 doi:10.1088/1757-899x/377/1/012181 [24] S K Kuiying Chen, “Bonding Characteristics of TiC and TiN,” Modeling and Numerical Simulation of Material Science, 3(1), pp 7-11, 2013 [25] CUI, W., NIU, F., TAN, Y., & QIN, G (2019) Microstructure and tribocorrosion performance of nanocrystalline TiN graded coating on biomedical titanium alloy Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 29(5), 1026–1035 doi:10.1016/s1003-6326(19)65011-9 [26] Datta, S., Das, M., Balla, V K., Bodhak, S., & Murugesan, V K (2018) Mechanical, wear, corrosion and biological properties of arc deposited titanium nitride coatings Surface and Coatings Technology, 344, 214–222 doi:10.1016/j.surfcoat.2018.03.019 57 [27] Major, R & Lackner, Juergen M & Wilczek, Piotr & Sanak, Marek & Jakieła, B & Stolarzewicz, B & Kowalczuk, Marek & Sobota, Michał & Maksymow, Katarzyna & Spišák, Michal & Major, B (2011) Functional cardio-biomaterials Advances in Materials Science 11 5-25 10.2478/v10077-011-0007-7 [28] M Mühlbacher, High-resolution characterization of TiN diffusion barrier layers, Linköping: Linköping University, 2015 [29] Van Hove, R P., Sierevelt, I N., van Royen, B J., & Nolte, P A (2015) Titanium-Nitride Coating of Orthopaedic Implants: A Review of the Literature BioMed Research International, 2015, 1–9 doi:10.1155/2015/485975 [30] P M Martin, “Chapter - Deposition Technologies: An Overview,” Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, Science, Applications and Technology, 2005, pp 1-31 [31] Strem Chemicals, “Metal Carbonyl Precursors for CVD and ALD Processes,” 10 2013 [Trực tuyến] Available: https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID =3429 [32] Su, J., Boichot, R., Blanquet, E., Mercier, F., & Pons, M (2019) Chemical vapor deposition of titanium nitride thin films: kinetics and experiments CrystEngComm doi:10.1039/c9ce00488b [33] D.-I J Wagner, Chemical Vapor Deposition of Titanium Nitride based Hard Coatings, Leoben: University of Leoben, 2007 [34] A Anders, “A review comparing cathodic arcs and high power impulse magnetron,” Surface Coating Technologies, Vol 257, pp 308-325, 2014 [35] U Krause, “Innovating Cathodic Arc Deposition: High-Performance Bias,” Advanced Energy's manager of field application engineering in EMEA, 2014 [36] Komotori, J., Lee, B ., Dong, H., & Dearnley, P (2001) Corrosion 58 response of surface engineered titanium alloys damaged by prior abrasion Wear, 251(1-12), 1239–1249 doi:10.1016/s0043-1648(01)00753-0 [37] R F Bunshah, Deposition technologies for films and coatings, New Jersey: Noyes Publications, 1982 [38] N Juri, Comparison of Ti1-XAlXN coatings deposited by reactive magnetron sputtering from powder metallurgical targets and from mosaic targets, Leoben: Department of Physical Metallurgy and, 2010 [39] L V Đương, nghiên cứu chế tạo đặc trưng tính chất màng phủ nitrua hợp kim cứng wc-co phương pháp phún xạ magnetron, Hà Nội: Học viện Khoa học Công nghệ, 2019 [40] A Anders, “Tutorial: Reactive high power impulse magnetron sputtering (R-HiPIMS),” JOURNAL OF APPLIED PHYSICS , 121 (171101), 2016 [41] A Anders, “Tutorial: Reactive High Power Impulse Magnetron Sputtering (R-HiPIMS),” Journal of Applied Physics, 121 (17), 2017 [42] Gobbi, A L., & Nascente, P A P (2013) D.C Sputtering Encyclopedia of Tribology, 699–706 doi:10.1007/978-0-387-92897-5_1029 [43] J M Ngaruiya, Fundamental processes in growth of reactive DC magnetron sputtered thin films, Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, 2004 [44] Schmidt, S., Czigány, Z., Greczynski, G., Jensen, J., & Hultman, L (2013) Influence of inert gases on the reactive high power pulsed magnetron sputtering process of carbon-nitride thin films Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 31(1), 011503 doi:10.1116/1.4769725 [45] H Marthe Kaufholz, “Monitoring the film formation during sputter deposition of vanadium,” J Synchrotron Radiation, 22, pp 76-85, 2015 [46] Rtimi, S., Dionysiou, D D., Pillai, S C., & Kiwi, J (2018) Advances in catalytic/photocatalytic bacterial inactivation by nano Ag and Cu coated 59 surfaces and medical devices Applied Catalysis B: Environmental doi:10.1016/j.apcatb.2018.07.025 [47] L C Chuan, “Growth and Phase Stability of Titanium Aluminum Nitride Deposited by High Power Impulse Magnetron Sputtering,” 2011 [48] E Alfonso, J Olaya, and G Cubillos, ‘Thin Film Growth Through Sputtering Technique and Its Applications’, Crystallization - Science and Technology InTech, Sep 19, 2012 doi: 10.5772/35844 [49] J.Musil, “Physical and mechanical properties of hard nanocomposite films prepared by reactive magnetron sputtering,” Nanostructured coatings , New York, Springer New York, 2006, pp 407 - 463 [50] Chunxia Zhou, Tongkui Li, Xianshun Wei, Biao Yan , “Effect of the Sputtering Power on the Structure, Morphology and Magnetic Properties of Fe Films,” Metals, 10, p 896, 2020 [51] E Kusano, “Structure-Zone Modeling of Sputter-Deposited Thin Films: A Brief Review,” Applied Science and Convergence Technology, 28 (6), pp 179-185, 2019 [52] Mahieu, S., Ghekiere, P., Depla, D., & De Gryse, R (2006) Biaxial alignment in sputter deposited thin films Thin Solid Films, 515(4), 1229– 1249 doi:10.1016/j.tsf.2006.06.027 [53] J A Thornton, “Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and,” Journal of Vacuum Science and Technology, 11(4), pp 666-670, 1974 [54] Mitin, D.M., Serdobintsev, A.A Effect of scattering of sputtered atoms on the growth rate of films fabricated by magnetron sputtering Tech Phys Lett 43, 814–816 (2017) https://doi.org/10.1134/S1063785017090073 [55] Kehal, A., Saoula, N., Abaidia, S.-E.-H., & Nouveau, C (2021) Effect of Ar/N2 flow ratio on the microstructure and mechanical properties of Ti-CrN coatings deposited by DC magnetron sputtering on AISI D2 tool steels 60 Surface and Coatings Technology, 421, 127444 doi:10.1016/j.surfcoat.2021.127444 [56] Li, Kan & Jin, Hao & Wang, De-miao & Tang, Yi-fei (2009) Preparation of AlN thin films for film bulk acoustic resonator application by radio frequency sputtering Journal of Zhejiang University: Science A 10 464470 10.1631/jzus.A0820572 [57] Zhang, Shidong & Yan, Fuyao & Yang, Yang & Yan, M.F & Zhang, Yanxiang & Guo, Jinhao & Li, Hongtao (2019) Effects of sputtering gas on microstructure and tribological properties of titanium nitride films Applied Surface Science 488 10.1016/j.apsusc.2019.05.148 [58] Chen, C.T., Song, Y.C., Yu, G.P et al Microstructure and hardness of hollow cathode discharge ion-plated titanium nitride film J of Materi Eng and Perform 7, 324–328 (1998) https://doi.org/10.1361/105994998770347756 [59] Hussein, M., Adesina, A., Kumar, M., Sorour, A A., & Al Aqeeli, N (2019) Investigations of In Vitro Corrosion, and Wear Properties of TiN PVD Coating on Ti6Al4V Alloy for Dental Application Key Engineering Materials, 813, 1–6 doi:10.4028/www.scientific.net/kem.813.1 [60] M Kopernik, “Ailure strain and strain-stress analysis in titanium nitride coatings deposited on religa heart extventricular assist device,” Archives of Metallurgy and Materials, 60 (1), 2015 [61] Danişman, Sengül & Odabaş, Durmuş & Teber, Muharrem (2022) The Effect of TiN, TiAlN, TiCN Thin Films Obtained by Reactive Magnetron Sputtering Method on the Wear Behavior of Ti6Al4V Alloy: A Comparative Study Coatings 12 1238 10.3390/coatings12091238 [62] Annunziata M, Oliva A, Basile MA, Giordano M, Mazzola N, Rizzo A, Lanza A, Guida L The effects of titanium nitride-coating on the topographic and biological features of TPS implant surfaces J Dent 2011 Nov; 39(11); 720-8 doi: 10.1016/j.jdent.2011.08.003 Epub 2011 Aug 12 PMID: 21856369 61 [63] Thanh DT, Pham TN, Huong HT, Phuong NT, Hang TT, Vy UV, Hoang T The Electrochemical Behavior of TiN/316LSS Material in Simulated Body Fluid Solution J Nanosci Nanotechnol 2015 May; 15(5); 3887-92 doi: 10.1166/jnn 2015.9269 PMID: 26505019 [64] Võ Trần Tuyết Thương, “Nghiên cứu chế tạo màng TiN phương pháp phún xạ magnetron DC số đế khác nhau,” TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, 17 (4), pp 65-71, 2014 [65] B T Sơn, “Effects of working pressure on structure and composition of TiAlN coating fabricated by co-sputtering deposition technique,” HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 , 2018 [66] “MEE.inc,” Materials Evaluation and Engineering, [Trực tuyến] Available: https://www.mee-inc.com/hamm/electrochemical-corrosion-testing/ [67] Chisini, Luiz & Paganotto, Gian & Guergolette, Rodrigo & Conde, Marcus & Carvalho, Rodrigo & Piva, Evandro & Carreño, Neftali (2021) Hydroxyapatite Synthesis and Covering of Titanium Surfaces by DipCoating Method Brazilian Archives of Biology and Technology 64 10.1590/1678-4324-2021200344 [68] N V Adele Carradò, “Nanocrystalline spin coated sol–gel hydroxyapatite thin films on Ti substrate: Towards potential applications for implants,” Solid State Sciences , tập 12, số 7, pp 1047-1050, 2010 [69] P T Năm, Nghiên cứu tổng hợp màng hydroxyapatit phương pháp điện hóa thép khơng gỉ 316l có khơng có màng titan nitrua, Hà Nội; Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2016 [70] Lu RJ, Wang X, He HX, E LL, Li Y, Zhang GL, Li CJ, Ning CY, Liu HC Tantalum-incorporated hydroxyapatite coating on titanium implants: its mechanical and in vitro osteogenic properties J Mater Sci Mater Med 2019 Oct 3;30(10):111 doi: 10.1007/s10856-019-6308-9 PMID: 31583537 [71] ALI, M., HAMZAH, E., & ALI, N (2009) ADHESION STRENGTH OF 62 TiN COATINGS AT VARIOUS ION ETCHING DEPOSITED ON TOOL STEELS USING CATHODIC ARC PVD TECHNIQUE Surface Review and Letters, 16(01), 29–35 doi:10.1142/s0218625x09012251 [72] Li, M.S & Wang, F.H & Shu, Y.H & Wu, Weitao (2004) Composite coatings of titanium-aluminum nitride for steel against corrosion induced by solid NaCl deposit and water vapor at 600 °C Materials Research 10.1590/S1516-14392004000100005 [73] Dongquoc, Viet & Seo, Dong-Bum & Anh, Cao & Lee, Jae Hyun & Park, Jun Hong & Kim, Eui-Tae (2022) Controlled Surface Morphology and Electrical Properties of Sputtered Titanium Nitride Thin Film for Metal– Insulator–Metal Structures Applied Sciences 12 10415 10.3390/app122010415 [74] Chavda, M R., Dave, D P., Chauhan, K V., & Rawal, S K (2016) Tribological Characterization of TiN Coatings Prepared by Sputtering Procedia Technology, 23, 36–41 doi:10.1016/j.protcy.2016.03.070 [75] P D D P N M K I M Van Duong Luong, “Influence of Nitrogen Gas Flow on the Hardness and the Tribological Properties of a TiAlBN Coating Deposited by Using a Magnetron Sputtering Process,” Journal- Korean Physical Society , tập 70, số 10, pp 929-933, 2017 [76] Doan Dinh, Phuong & Trinh, Pham & Moon, Kyoung & Park, Hyunjun & Minh, Phan & Luong, Van Duong (2021) Characterization of Sputtered Coatings with Various Nitrogen Content Deposited from High Aluminum Alloyed TiAlV Target MATERIALS TRANSACTIONS 62 82-87 10.2320/matertrans.MT-M2020285] [77] Khojier, K., Savaloni, H., Shokrai, E et al Influence of argon gas flow on mechanical and electrical properties of sputtered titanium nitride thin films J Theor Appl Phys 7, 37 (2013) https://doi.org/10.1186/2251-7235-7-37 [78] S SPalDey, “Single layer and multilayer wear resistant coatings of (Ti,Al)N: a review,” Materials Science and Engineering: A, 342 (1-2), pp 58-79, 2003 63 [79] Schalk, Nina & Weirather, Thomas & Polzer, C & Polcik, Peter & Mitterer, Christian (2011) A comparative study on Ti − x Al xN coatings reactively sputtered from compound and from mosaic targets Surface & Coatings Technology - SURF COAT TECH 205 4705-4710 10.1016/j.surfcoat.2011 04.033 [80] E O Hall, “The Deformation and Ageing of Mild Steel: III Discussion of Results,” Physical Society Section B, 64 , p 747, 1951 [81] Zhang, L., Yang, H., Pang, X., Gao, K., & Volinsky, A A (2013) Microstructure, residual stress, and fracture of sputtered TiN films Surface and Coatings Technology, 224, 120–125 doi:10.1016/j.surfcoat.2013.03.009 [82] Li, G., Yao, X., Wood, R J., Guo, J., & Shi, Y (2020) Laser Surface Nitriding of Ti–6Al–4V Alloy in Nitrogen–Argon Atmospheres Coatings, 10(10), 1009 doi:10.3390/coatings10101009 [83] Kessler, O., Surm, H., Hoffmann, F., & Mayr, P (2002) Enhancing Surface Hardness of Titanium Alloy Ti-6Al-4V by Combined Nitriding and CVD Coating Surface Engineering, 18(4), 299–304 doi:10.1179/026708402225006187  64