Growth of WC-Cr-N and WC-Al-N coatings in a RF-magnetron sputtering process

Tungsten carbide-based coatings have been used in a wide variety of industrial applications such as high speed cutting tools, extrusion dies, drills, aerospace industries, and more. A few reports on ternary and quaternary coatings of WC with other elements indicate good prospects for these material systems. The present study focuses on the formation of quaternary WCeCreN and WCeAleN coatings during the simultaneous reactive RF-magnetron sputtering of tungsten carbide and Al or Cr targets in an argon/nitrogen gas mixture. The resulting coatings, with thicknesses of 3.5 mme8.2 mm, were characterized by using several analytical techniques including X-ray diffraction, SEM/EDS, AFM, and X-ray photoelectron spectroscopy. WCeCreN and WCeAleN coatings with high levels of tungsten (i.e. more than 50 at.% of the total metal content) demonstrated dense microstructure. Coatings with lower tungsten content formed columnar grain microstructure, with different surface morphologies depending on the process parameters. It was proposed that crystalline tungsten carbide (with partial N-substitution of C atoms) and chromium (or aluminum) nitride phases coexist in the coatings when the amount of tungsten was greater than 50 at.% of the total metal content; while at lower tungsten content, the dominating crystalline phase is either W-doped CrN1 y or AlN1 y solid solution, with WC1 x and small amounts of free sp2-bonded carbon present as X-ray amorphous phases.U.S. National Science Foundation under the awards DMR-0806521, DRM-0922910 Regional Council of Burgundy, Franc

Elaboration et Caractérisation de revêtements à base de nitrure de chrome par pulvérisation cathodique magnétron en condition réactive (propriétés mécaniques et tribologiques)

Élaborer et optimiser des nouveaux matériaux restent toujours parmi les enjeux liés à l'amélioration de la performance de la durabilité des matériaux.Le domaine des traitements de surface et plus particulièrement les nanotechnologies utilisées pour produire des revêtements en couches minces plus précisément les dépôts physiques en phase vapeur (PVD), permet de synthétiser des nouveaux matériaux qui peuvent résister dans des conditions sévères de diverses applications.L'industrie des outils de coupe et plus précisément le bois dans notre cas, nécessitent de plus en plus la synthèse des nouveaux matériaux et nanomatériaux pour améliorer la tenue en service des outils de coupe.L'objectif de ce présent travail est de développer et caractériser des revêtements dont le matériau de base est le chrome et/ou le silicium en vue de les optimiser. L'élaboration a été réalisée par différentes méthodes à savoir la pulvérisation cathodique magnétron radio fréquence ou encore en mode courant direct. En outre, la RGPP (reactive gas pulsing process) a été exploité pour la première fois dans ce travail dont le but est de surmonter les difficultés rencontrées avec la pulvérisation réactive.Les différentes caractéristiques mécaniques et tribologiques des couches ont été étudiées et corrélées avec les caractéristiques physicochimiques et microstructurales.Il s'avère que la pulvérisation cathodique en mode courant direct prouve son importance par l'obtention des couches de meilleure qualité que celles obtenues en mode radio fréquence. Pour des contenus d'azote similaires on obtient des propriétés mécaniques et tribologiques plus importantes. On note que les propriétés mécaniques réalisent un gain de 60 % par rapport à celles obtenues en mode RF. En outre l'ajustement des paramètres de la méthode RGPP (le rapport cyclique et la période des pulses) influe considérablement les caractéristiques des couches obtenues et on montre une amélioration de la performance des couches. A l'issue de l'injection pulsée du gaz réactif, on montre que l'alternance entre l'ouverture et la coupure de la vanne du gaz réactif est indispensable pour la déposition dans un milieu réactif afin d'éliminer les composés métalliques sur les cibles obtenus lors de dépôt.Enfin, l'ajout de silicium au CrN mène à obtenir des solutions solides ou une structure nanocomposite selon la teneur de silicium dans la couche ce qui implique une amélioration des caractéristiques mécaniques et par la suite celles tribologiques.L'apport de ce travail de thèse est de présenter une étude globale sur la performance des couches CrN et CrSiN en corrélant ses caractéristiques mécaniques et tribologiques avec les paramètres physiques de dépôt et en adoptant plusieurs méthodes d'élaboration.Develop and optimize new materials are still among the issues to improve the performance of the durability of materials.The field of surface treatments and nanotechnology used to produce thin film coatings specifically physical vapor deposition (PVD) allow the synthesis of new materials that can withstand harsh conditions in various applications.The cutting tool industry and more specifically the wood in our case require more synthesis of new materials and nanomaterials to improve the serviceability of cutting tools.The aim of the present work is to develop and characterize coatings with the base material is chromium and / or silicon and optimize them. The preparation was carried out by different methods : the magnetron sputtering radio frequency RF or direct current mode DC. In addition, RGPP (reactive gas pulsing process) was used for the first time in this work which aims to overcome the difficulties of sputtering in reactive environment.Different characteristics of the layers were studied and correlated with the physicochemical and microstructural characteristics.It turns out that the direct current sputtering method proves its importance in obtaining layers of better quality than those obtained by radio-frequency mode. For similar nitrogen content, greater mechanical and tribological properties were obtained. We note that the mechanical properties realize a gain of 60% compared to those obtained in RF mode. Further adjustment of parameters RGPP method (duty cycle and pulse period) significantly influences the characteristics of the layers obtained and shown to improve the performance of layers. Following the pulsed injection of the reactive gas, it is shown that the alternation between the opening and the cutting of the valve of the reactive gas is essential for deposition in a reactive environment to remove the metal compounds on targets obtained during deposition.Finally, the addition of silicon in CrN films leads to obtain solid solutions or nanocomposite structure according to the content of silicon in the layer which implies an improvement of the mechanical and tribological properties.The contribution of this thesis is to present a comprehensive study on the performance of CrN layers and CrSiN correlating mechanical and tribological characteristics with physical deposition parameters by adopting various methods of preparation.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

Effect of O2 increase on properties of vanadium oxide coatings

The present research was carried out with the aim of studying the influence of oxygen concentration during processing on the properties of the VOx coatings deposited by cathodic magnetron sputtering on a stainless steel AISI 316L substrate. Mechanical and tribological properties were measured by nanoindentation and sliding wear tests respectively. Adhesion was evaluated by means of the scratch test. In order to determine the texture of the coatings, complementary characterization methods including X-ray diffraction in grazing incidence and Bragg Brentano configurations, as well as V scans, were performed. It was found that the texture of the crystalline coatings is strongly influenced by the amount of partial pressure of oxygen in the reactor atmosphere. The V2O5 phase, with an orthorhombic symmetry, was produced in the coating, which had a pronounced texturing for the (001) plane, exhibiting the best values of hardness and Young modulus. It was shown that, as the oxygen concentration drops to ,1 sccm, the mechanical and tribological characteristics, as well as the coating adhesion, tend to decrease considerably

Effect of RGPP process on properties of Cr–Si–N coatings

CrSiN films were deposited by reactive radio frequency magnetron sputtering in an Ar+N2 gas mixture. The nitrogen gas was injected in the deposition chamber using two methods: the classical constant injection and pulsed injection, the latter known as the reactive gas pulsing process (RGPP). Argon gas was continuously injected, whereas nitrogen gas was pulsed during the deposition. The RGPP was used to adjust the chemical composition and, consequently, allowed the improvement of the coating characteristics. The effect of process parameters such as silicon content and gas pulsing conditions (especially duty cycle α) on the crystallographic structure, chemical composition and morphology of the CrSiN layers is reported. It was found that the surface morphology evolves from a pyramid-like feature for 100% duty cycle to a typical cauliflower-like aspect, when duty cycle decreases to 84%. For shorter duty cycles, the growth produced a denser coating, with round and finer clusters

Surface Modification Technologies

The present work has been conducted in order to assess the mechanical and tribological performance of a ZrN coating deposited onto a H13 steel substrate by means of a closed field unbalanced magnetron-sputtering ion-plating (CFUMSIP) process. The hardness and elastic modulus of the coated system have been determined by means of nanoindentation techniques. Dry and wet sliding wear tests, employing a tribometer under a ball-on-disc configuration, were carried out making use of an alumina ball as counterpart, with an applied normal load of 2 N at a constant speed of 5 cm/s. For the wet wear tests, a 3.5 wt% NaCl solution was used. The resulting wear scars were analyzed by means of both SEM and optical profilometry techniques. It has been determined that, during testing under the corrosive solution, the coating experiences a severe abrasive wear mechanism, due to the combined action of the alumina ball, the hard “debris” and the phenomenon of crevice corrosion. On the other hand, it has also been shown that the coated system is able to increase the wear resistance of the substrate by more than one order of magnitude, if the wear tests are carried out in air under the same conditions

Thermal treatment effect on structural and mechanical properties of Cr–C coatings

In the present study, the effect of thermal treatment on the mechanical and structural properties of chromium carbide coatings with different thicknesses is evaluated. The coatings were deposited by cathodic magnetron sputtering on XC100 steel substrates. Samples were annealed in vacuum, at different temperatures ranging from 700 to 1000°C for 1 h, resulting in the formation of chromium carbides. X-ray diffraction (XRD), microanalysis X/energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscopy analysis were used to characterise the samples. Mechanical properties were evaluated by nano-indentation tests and the residual stress was calculated with the Stoney formula. The XRD analysis suggests the formation of the Cr7C3, Cr23C6 carbides at 900°C. For thin films, they transformed totally to ternary (Cr, Fe)7C3 carbides and their partial transformation has been observed in the case of thick films at 1000°C, without the formation of Cr3C2. The EDS and XPS showed the diffusion mechanism between the chromium film and the steel substrate for the Cr, Fe, C, O elements during the annealing treatment. The increase of chromium film thickness from 0.5 to 2.64 μm, contributed to the significant enhancement of mechanical properties such as hardness (H) (from 12 to 26.3 GPa) and Young’s Modulus (E) (from 250 to 330 GPa), respectively

Preparation and characterization of coatings based on chromium nitride by reactive magnetron sputtering condition : mechanical and tribological properties

Élaborer et optimiser des nouveaux matériaux restent toujours parmi les enjeux liés à l'amélioration de la performance de la durabilité des matériaux.Le domaine des traitements de surface et plus particulièrement les nanotechnologies utilisées pour produire des revêtements en couches minces plus précisément les dépôts physiques en phase vapeur (PVD), permet de synthétiser des nouveaux matériaux qui peuvent résister dans des conditions sévères de diverses applications.L'industrie des outils de coupe et plus précisément le bois dans notre cas, nécessitent de plus en plus la synthèse des nouveaux matériaux et nanomatériaux pour améliorer la tenue en service des outils de coupe.L'objectif de ce présent travail est de développer et caractériser des revêtements dont le matériau de base est le chrome et/ou le silicium en vue de les optimiser. L'élaboration a été réalisée par différentes méthodes à savoir la pulvérisation cathodique magnétron radio fréquence ou encore en mode courant direct. En outre, la RGPP (reactive gas pulsing process) a été exploité pour la première fois dans ce travail dont le but est de surmonter les difficultés rencontrées avec la pulvérisation réactive.Les différentes caractéristiques mécaniques et tribologiques des couches ont été étudiées et corrélées avec les caractéristiques physicochimiques et microstructurales.Il s'avère que la pulvérisation cathodique en mode courant direct prouve son importance par l'obtention des couches de meilleure qualité que celles obtenues en mode radio fréquence. Pour des contenus d'azote similaires on obtient des propriétés mécaniques et tribologiques plus importantes. On note que les propriétés mécaniques réalisent un gain de 60 % par rapport à celles obtenues en mode RF. En outre l'ajustement des paramètres de la méthode RGPP (le rapport cyclique et la période des pulses) influe considérablement les caractéristiques des couches obtenues et on montre une amélioration de la performance des couches. A l'issue de l'injection pulsée du gaz réactif, on montre que l'alternance entre l'ouverture et la coupure de la vanne du gaz réactif est indispensable pour la déposition dans un milieu réactif afin d'éliminer les composés métalliques sur les cibles obtenus lors de dépôt.Enfin, l'ajout de silicium au CrN mène à obtenir des solutions solides ou une structure nanocomposite selon la teneur de silicium dans la couche ce qui implique une amélioration des caractéristiques mécaniques et par la suite celles tribologiques.L'apport de ce travail de thèse est de présenter une étude globale sur la performance des couches CrN et CrSiN en corrélant ses caractéristiques mécaniques et tribologiques avec les paramètres physiques de dépôt et en adoptant plusieurs méthodes d'élaboration.Develop and optimize new materials are still among the issues to improve the performance of the durability of materials.The field of surface treatments and nanotechnology used to produce thin film coatings specifically physical vapor deposition (PVD) allow the synthesis of new materials that can withstand harsh conditions in various applications.The cutting tool industry and more specifically the wood in our case require more synthesis of new materials and nanomaterials to improve the serviceability of cutting tools.The aim of the present work is to develop and characterize coatings with the base material is chromium and / or silicon and optimize them. The preparation was carried out by different methods : the magnetron sputtering radio frequency RF or direct current mode DC. In addition, RGPP (reactive gas pulsing process) was used for the first time in this work which aims to overcome the difficulties of sputtering in reactive environment.Different characteristics of the layers were studied and correlated with the physicochemical and microstructural characteristics.It turns out that the direct current sputtering method proves its importance in obtaining layers of better quality than those obtained by radio-frequency mode. For similar nitrogen content, greater mechanical and tribological properties were obtained. We note that the mechanical properties realize a gain of 60% compared to those obtained in RF mode. Further adjustment of parameters RGPP method (duty cycle and pulse period) significantly influences the characteristics of the layers obtained and shown to improve the performance of layers. Following the pulsed injection of the reactive gas, it is shown that the alternation between the opening and the cutting of the valve of the reactive gas is essential for deposition in a reactive environment to remove the metal compounds on targets obtained during deposition.Finally, the addition of silicon in CrN films leads to obtain solid solutions or nanocomposite structure according to the content of silicon in the layer which implies an improvement of the mechanical and tribological properties.The contribution of this thesis is to present a comprehensive study on the performance of CrN layers and CrSiN correlating mechanical and tribological characteristics with physical deposition parameters by adopting various methods of preparation

Elaboration et Caractérisation de revêtements à base de nitrure de chrome par pulvérisation cathodique magnétron en condition réactive : propriétés mécaniques et tribologiques

Develop and optimize new materials are still among the issues to improve the performance of the durability of materials.The field of surface treatments and nanotechnology used to produce thin film coatings specifically physical vapor deposition (PVD) allow the synthesis of new materials that can withstand harsh conditions in various applications.The cutting tool industry and more specifically the wood in our case require more synthesis of new materials and nanomaterials to improve the serviceability of cutting tools.The aim of the present work is to develop and characterize coatings with the base material is chromium and / or silicon and optimize them. The preparation was carried out by different methods : the magnetron sputtering radio frequency RF or direct current mode DC. In addition, RGPP (reactive gas pulsing process) was used for the first time in this work which aims to overcome the difficulties of sputtering in reactive environment.Different characteristics of the layers were studied and correlated with the physicochemical and microstructural characteristics.It turns out that the direct current sputtering method proves its importance in obtaining layers of better quality than those obtained by radio-frequency mode. For similar nitrogen content, greater mechanical and tribological properties were obtained. We note that the mechanical properties realize a gain of 60% compared to those obtained in RF mode. Further adjustment of parameters RGPP method (duty cycle and pulse period) significantly influences the characteristics of the layers obtained and shown to improve the performance of layers. Following the pulsed injection of the reactive gas, it is shown that the alternation between the opening and the cutting of the valve of the reactive gas is essential for deposition in a reactive environment to remove the metal compounds on targets obtained during deposition.Finally, the addition of silicon in CrN films leads to obtain solid solutions or nanocomposite structure according to the content of silicon in the layer which implies an improvement of the mechanical and tribological properties.The contribution of this thesis is to present a comprehensive study on the performance of CrN layers and CrSiN correlating mechanical and tribological characteristics with physical deposition parameters by adopting various methods of preparation.Élaborer et optimiser des nouveaux matériaux restent toujours parmi les enjeux liés à l'amélioration de la performance de la durabilité des matériaux.Le domaine des traitements de surface et plus particulièrement les nanotechnologies utilisées pour produire des revêtements en couches minces plus précisément les dépôts physiques en phase vapeur (PVD), permet de synthétiser des nouveaux matériaux qui peuvent résister dans des conditions sévères de diverses applications.L'industrie des outils de coupe et plus précisément le bois dans notre cas, nécessitent de plus en plus la synthèse des nouveaux matériaux et nanomatériaux pour améliorer la tenue en service des outils de coupe.L'objectif de ce présent travail est de développer et caractériser des revêtements dont le matériau de base est le chrome et/ou le silicium en vue de les optimiser. L'élaboration a été réalisée par différentes méthodes à savoir la pulvérisation cathodique magnétron radio fréquence ou encore en mode courant direct. En outre, la RGPP (reactive gas pulsing process) a été exploité pour la première fois dans ce travail dont le but est de surmonter les difficultés rencontrées avec la pulvérisation réactive.Les différentes caractéristiques mécaniques et tribologiques des couches ont été étudiées et corrélées avec les caractéristiques physicochimiques et microstructurales.Il s'avère que la pulvérisation cathodique en mode courant direct prouve son importance par l'obtention des couches de meilleure qualité que celles obtenues en mode radio fréquence. Pour des contenus d'azote similaires on obtient des propriétés mécaniques et tribologiques plus importantes. On note que les propriétés mécaniques réalisent un gain de 60 % par rapport à celles obtenues en mode RF. En outre l'ajustement des paramètres de la méthode RGPP (le rapport cyclique et la période des pulses) influe considérablement les caractéristiques des couches obtenues et on montre une amélioration de la performance des couches. A l'issue de l'injection pulsée du gaz réactif, on montre que l'alternance entre l'ouverture et la coupure de la vanne du gaz réactif est indispensable pour la déposition dans un milieu réactif afin d'éliminer les composés métalliques sur les cibles obtenus lors de dépôt.Enfin, l'ajout de silicium au CrN mène à obtenir des solutions solides ou une structure nanocomposite selon la teneur de silicium dans la couche ce qui implique une amélioration des caractéristiques mécaniques et par la suite celles tribologiques.L'apport de ce travail de thèse est de présenter une étude globale sur la performance des couches CrN et CrSiN en corrélant ses caractéristiques mécaniques et tribologiques avec les paramètres physiques de dépôt et en adoptant plusieurs méthodes d'élaboration

Out in Africa

Das Postkoloniale Kritik der Präsentation der anderen in die Kolonialliteratur hat die Beziehung zwischen dem Kolonisator und dem kolonisierte als eine einfache vertikale Beziehung angeboten. Die Masterarbeit ist eine Interpretation der Ambivalenz und die Komplexität dieser Beziehung in die Biographie der Karen Blixen „Jenseits von Afrika“ und die Bücher von Elspeth Huxley „Im Land des Feuerbaums“ und „Rot Fremde“. Die Analyse beschäftigt mit den Konzepte der Klischee, Mimikry und Hybridität des Homi K. Bhabha zu zeigen, wie beide‚ das Zentrum‘ und ‚die Peripherie‘ sind beunruhigt, ihre eigene Identität in Frage zu stellen.The postcolonial criticism of the portrayal of the Other in colonial literature has often presented the relationship between the colonizer and the colonized as a simple vertical relation. This thesis is a reading of the ambivalence and the complexity of this relationship in Karen Blixen’s memoir Out of Africa and Elspeth Huxley’s books The Flame Trees of Thika and Red Strangers. The analysis employs Homi K. Bhabha’s concepts of the stereotype, mimicry and hybridity to show how both ‘the centre’ and ‘the periphery’ are troubled, questioning their own identities

Three steps strategy for thin film growth simulation: example of Cr/CrNx multlayers

POSTER - 19th International Vacuum Congress - IVC-19, Paris, 09 - 13 September 2013Three steps strategy for thin film growth simulation: example of Cr/CrNx multlayer