ผลของปริมาณเซอร์โคเนียมต่อโครงสร้างและความแข็งของฟิล์มบางโครเมียมเซอร์โคเนียมไนไตรด์ที่เตรียมด้วยวิธีรีแอคตีฟดีซีแมกนีตรอนโคสปัตเตอริง
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ในงานวิจัยนี้ได้เคลือบฟิล์มบางโครเมียมเซอร์โคเนียมไนไตรด์ (CrZrN) โครงสร้างระดับนาโนบนแผ่นซิลิคอนด้วยวิธีรีแอคตีฟดีซีแมกนีตรอนโคสปัตเตอริงที่อุณหภูมิห้อง เพื่อศึกษาผลของปริมาณเซอร์โคเนียมที่มีต่อโครงสร้างและความแข็งของฟิล์มบางที่เตรียมได้จากการแปรค่ากระแสสปัตเตอริงของเป้าสารเคลือบเซอร์โคเนียม (IZr) ในช่วง 300 mA ถึง 900 mA โดยกระแสสปัตเตอริงของเป้าโครเมียม (ICr) มีค่าคงที่เท่ากับ 300 mA โครงสร้างผลึก โครงสร้างจุลภาค ลักษณะพื้นผิว ความหนาและองค์ประกอบทางเคมี วิเคราะห์ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray diffraction; XRD), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (field emission scanning electron microscopy: FE-SEM) และเอกซ์เรย์สเปกโทรสโกปีแบบกระจายพลังงาน (energy dispersive X-ray spectroscopy: EDS) ตามลำดับ ผลการศึกษาพบว่า การเพิ่มค่า IZr ทำให้อัตราเคลือบเพิ่มขึ้นจาก 7.9 nm/min เป็น 17.9 nm/min และปริมาณเซอร์โคเนียมในฟิล์มเพิ่มขึ้นจาก 6.71 at% เป็น 45.91 at% ทั้งนี้ฟิล์มที่ได้ทั้งหมดเป็นสารละลายของแข็งของโครเมียมเซอร์โคเนียมไนไตรด์ซึ่งมีโครงสร้างแบบ fcc ระนาบ (111), (200) และ (220) โดยค่าคงที่แลตทิชมีค่าเพิ่มขึ้นจาก 4.164 Å เป็น 4.485 Å ขณะที่ขนาดผลึกเฉลี่ยมีค่าลดลงจาก 9.8 nm เป็น 2.8 nm ซึ่งแสดงให้เห็นว่าฟิล์มที่เคลือบได้มีโครงสร้างระดับนาโน ส่วนภาพจุลภาคจากเทคนิค FE-SEM แสดงให้เห็นว่าฟิล์ม CrZrN ที่เตรียมได้ทั้งหมดมีโครงสร้างที่แน่นทึบเป็นแบบคอลัมนาร์แปรตามปริมาณเซอร์โคเนียมในฟิล์ม โดยความหนาฟิล์มมีค่าในช่วง 475-1075 nm ฟิล์มที่แคลือบได้ทั้งหมดในงานวิจัยนี้มีโครเมียม เซอร์โคเนียมและไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบในอัตราส่วนต่าง ๆ แปรตามค่า IZr สำหรับความแข็งของฟิล์มบางตรวจวัดได้ด้วยเทคนิคนาโนอินเดนเตอร์ พบว่ามีค่าเพิ่มขึ้นจาก 9.1 GPa เป็น 18.6 GPa แปรตามปริมาณเซอร์โคเนียมที่เพิ่มขึ้นและขนาดผลึกเฉลี่ยของฟิล์มที่ลดลง
Article Details
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
ต้นฉบับที่ได้รับการตีพิมพ์ถือเป็นสิทธิของเจ้าของต้นฉบับและของวารสารวิชาการ มทร.สุวรรณภูมิ เนื้อหาบทความในวารสารเป็นแนวคิดของผู้แต่ง มิใช่เป็นความคิดเห็นของคณะกรรมการการจัดทำวารสาร และมิใช่ความรับผิดชอบของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลสุวรรณภูมิ
เอกสารอ้างอิง
Alaksanasuwan, S., Buranawong, A., & Witit-anun, N. (2020). Effect of total pressure on the structure and hydrophilic property of TiO2 thin film prepared by reactive DC magnetron sputtering method. RMUTSB Academic Journal, 8(2), 240-254. (in Thai)
Chantharangsi, C., Denchitcharoen, S., Chaiyakun, S., & Limsuwan, P. (2015). Structure, morphologies, and chemicalstates of sputter-deposited CrZrN thin films with various Zr contents. Thin Solid Films, 589, 613-619.
Feng, X. G., Zhang, K. F., Zheng, Y. G., Zhou, H., & Wan, Z. H. (2018). Structure, morphologies and mechanical properties study of Cr-Zr-N films. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 436, 112-118.
Franz, R., & Mitterer, C. (2013). Vanadium containing self-adaptive low-friction hard coatings for high-temperature applications: A review. Surface and Coatings Technology, 228, 1-13.
Khambun, A., Buranawong, A., & Witit-anun, N. (2017). Structural characterization of reactive DC magnetron Co-sputtered nanocrystalline CrAlN thin film. Key Engineering Materials, 751, 84-87.
Khamseh, S., & Araghi, H. (2016). A study of the oxidation behavior of CrN and CrZrN ceramic thin films prepared in a magnetron sputtering system. Ceramics International, 42, 9988-9994.
Krelling, A. P., Da Costa, C. E., Milan, J. C. G., & Almeida, E. A. S. (2017). Micro-abrasive wear mechanisms of borided AISI 1020 steel. Tribology International, 111, 234-242.
Kusano, E. (2019). Structure-zone modeling of sputter-deposited thin films: a brief review. Applied Science and Convergence Technology, 28(6), 179-185.
Leasen, S., & Boonyopakorn, N. (2017). The effect of RF power on crystal structure and electrical properties of aluminum-doped zinc oxide films prepared by RF magnetron sputtering technique. RMUTSB Academic Journal, 5(2), 129-135. (in Thai)
Leelaruedee, K., Kuwahara, H., Khamkongkaeo, A., Yongvanich, N., Chanlek, N., Kidkhunthod, P., Leelachao, S., & Visuttipitukul, P. (2020). Effect of zirconium addition on the phase evolution of chromium zirconium nitride prepared by magnetron sputtering. Materials Testing, 62(8), 783-787.
Musil, J. (2012). Hard nanocomposite coatings: Thermal stability, oxidation resistance and toughness. Surface & Coatings Technology, 207, 50-65.
Paksunchai, C., Denchitcharoen, S., Chaiyakun, S., & Limsuwan, P. (2014). Growth and characterization of nanostructured TiCrN films prepared by DC magnetron Co-sputtering. Journal of Nanomaterials, 2014, 609482.
Santecchia, E., Hamouda, A. M. S., Musharavati, F., Zalnezhad, E., Cabibbo, M., & Spigarelli, S. (2015). Wear resistance investigation of titanium nitride-based coatings. Ceramics International, 41, 10349-10379.
Sukwisute, P., Sakdanuphab, R., & Sakulkalavek, A. (2017). Hardness and wear resistance improvement of ABS surface by CrN thin film. Materialstoday: Proceedings, 4(5), 6553-6561.
Witit-anun, N., Khambun, A., Alaksanasuwan, S., & Buranawong, A. (2020). Effect of sputtering current on the structure of titanium nitride thin film deposited by reactive DC magnetron sputtering. Burapha Science Journal, 25(1), 387-399. (in Thai)
