Особенности получения танталосодержащих покрытий на титане методом магнетронного напыления

Исследованы танталосодержащие покрытия, напыленные на титан в вакууме. Для нанесения пленок применялся магнетрон постоянного тока со сбалансированной магнитной системой. В качестве мишени использовался листовой тантал высокой чистоты (99.99 %). Плотность тока тлеющего разряда при травлении мишени составила 20.4 A / м2. Плазмообразующими газами были аргон или смесь аргона и кислорода. Были получены три типа покрытий тантала на титане: первый — оксид тантала на титане, второй — тантал на титане, третий — тантал на титане с подслоем оксида тантала. Изучалось влияние предварительно осажденного подслоя оксида тантала на твердость и морфологию системы «основа-покрытие». Установлено, что наибольший практический интерес представляет кислородно-насыщенное покрытие тантала толщиной 800 нм, напыленное на подслой оксида тантала толщиной 75 – 80 нм. При наноиндентировании образцов с танталосодержащим покрытием без подслоя оксида тантала выявлено увеличение твердости до 39 ГПa и модуля упругости до 194 ГПa. В случае нанесенного подслоя оксида тантала твердость при наноиндентировании достигла 60 ГПa, модуль упругости — 230 ГПa. Такая сверхтвердая двухслойная структура имела бимодальное распределение твердости и содержала фазу Ta2O с кубической кристаллической решеткой. При этом доля измерений, приходящихся на сверхтвердые включения, составляла не менее 43 %. Покрытие имело гетерогенную структуру, состоящую из агломератов с размером 0.4 – 0.5 мкм. Химический состав поверхностного слоя характеризовался содержанием кислорода 17.46 ат.%, титана — до 2.00 ат.% и тантала — 80.54 ат.%. Наблюдалось увеличение доли агломератов покрытия размером 0.2 – 0.3 мкм с 53.13 до 68.25 % при использовании подслоя оксида тантала. Полученные результаты позволяют считать разработанный процесс получения покрытий перспективным для нанесения функциональных слоев на титановые медицинские изделия.

1. Российский научный фонд - 18-79-10040