Flexible hard nanocoatings with high thermal stability

Abstract

Our investigation concentrated on two basic challenges in the field of hard protective coatings prepared by magnetron sputtering: (1) Toughness and resistance to cracking (TRC) and (2) Flexible Hard Coatings with high thermal stability (TS). While results of the investigation of TRC were already comprehensively published in a chapter of the book Thin Films and Coatings, Toughening and Toughness Characterization, results of the investigation of TS have not been comprehensively published yet. These results are described in detail in this new article. The choice and presentation of the material in this article reflect the interests and perspectives of the principal author.The paper reports on the enhanced hardness and thermal stability of nanocomposite coatings, and the formation of the X-ray amorphous coatings with thermal stability and oxidation resistance above 1000 °C and of flexible hard coatings. Reported results can be used in the development of flexible ceramic coatings, in the surface strengthening of brittle materials, and in the prevention of (i) cracking of the functional coatings and (ii) the crack formation on the surface of bent materials. It is shown that the energy delivered into the flexible hard coatings during their growth plays a key role in their formation. Special attention is devoted to the formation of coatings with unique, fully reproducible properties and to new technology based on highly non-equilibrium processes at the atomic level. Special attention is also devoted to the speed of cooling of hard nanocoatings and its effect on their thermal stability at high temperatures reaching up to 2000 °C. The key role of interdisciplinary insights in the development of new advanced hard coatings is also discussed. In conclusion trends in the next development of new advanced hard nanocoatings are indicated.

Náš výzkum byl soustředěn na dva základní úkoly v oblasti tvrdých ochranných povlaků připravených magnetronovým naprašováním: (1) Houževnatost a odolnost vůči vzniku trhlin a (2) Ohebné tvrdé povlaky s vysokou tepelnou stabilitou. Zatímco výsledky výzkumu už byly souhrnně publikovány v kapitole knihy Tenké vrstvy a povlaky, houževnatění a charakterizace houževnatosti, výsledky výzkumu zatím souhrnně publikovány nebyly. Tyto výsledky jsou detailně popsány v tomto novém článku. Volba a prezentace materiálu tohoto článku odrážejí zájmy a perspektivy prvního autora.Článek pojednává o zvýšené tvrdosti a tepelné stabilitě nanokompozitních povlaků a o tvorbě rentgenově amorfních povlaků s tepelnou stabilitou a oxidační odolností nad 1000 °C a ohebných tvrdých povlaků. Předložené výsledky mohou být použité ve vývoji ohebných keramických povlaků, v povrchovém zesílení křehkých materiálů a v předcházení (i) praskání funkčních povlaků a (ii) tvorba prasklin na povrchu ohnutých materiálů. Je ukázáno, že energie dodaná do ohebných tvrdých povlaků během jejich růstu hraje klíčovou roli v jejich tvorbě. Zvláštní pozornost je věnována tvorbě povlaků s jedinečnými plně reprodukovatelnými vlastnostmi a nové technologii založené na vysoce nerovnovážných procesech na atomární úrovni. Zvláštní pozornost je též věnována rychlosti chlazení tvrdých nanopovlaků a jejímu vlivu na jejich tepelnou stabilitu při vysokých teplotách až do 2000 °C. Též je diskutována klíčová role mezioborových vhledů ve vývoji nových pokročilých tvrdých povlaků. V závěru jsou naznačeny trendy dalšího vývoje nových pokročilých tvrdých nanopovlaků.