[논문]TiZrN 박막의 조성이 구조적 특성 및 열적 특성에 미치는 영향

최병수; 엄지훈; 석민준; 이병우; 김진곤; 조현

doi:10.6111/jkcgct.2021.31.1.037

[국내논문] TiZrN 박막의 조성이 구조적 특성 및 열적 특성에 미치는 영향
Effect of composition on the structural and thermal properties of TiZrN thin film 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.31 no.1, 2021년, pp.37 - 42

최병수 (부산대학교 나노융합기술학과) , 엄지훈 (부산대학교 나노메카트로닉스공학과) , 석민준 (부산대학교 나노메카트로닉스공학과) , 이병우 (한국해양대학교 해양신소재융합공학과) , 김진곤 (부산대학교 나노메카트로닉스공학과) , 조현 (부산대학교 나노메카트로닉스공학과)

초록
AI-Helper

화학적 조성이 TiZrN 박막의 구조적 특성 및 열적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 증착된 TixZr1-xN(x = 0.87, 0.82, 0.7, 0.6, 0.28) 박막에서 Zr 분율이 증가함에 따라 결정립 크기가 감소하고 주상 구조에서 입계상 구조로 점진적으로 변화하는 미세구조 변화가 관찰되었다. 또한 XRD 분석을 통해 Zr 분율이 0.4까지 증가할 때 TiN 상에서 TiZrN 상으로의 점진적인 결정상 전이가 일어났음을 확인하였다. 900℃ 온도에서의 열처리 이후 Ti0.82Zr0.18N과 Ti0.7Zr0.3N 박막은 rutile 상 TiO2와 TiZrO4 산화물이 공존하는 형태로 전환된 반면에 Ti0.6Zr0.4N 박막은 TiZrO4 산화물로 변화함을 확인하였다. 다섯 가지 조성의 TiZrN 박막 중에서 Ti0.6Zr0.4N 박막이 가장 우수한 고온 안정성을 나타내었고, Inconel 617 기판의 열산화에 의해 발생하는 Cr의 표면 확산을 억제하는 열산화 저항성 향상 효과가 가장 우수함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of chemical composition on the structural and thermal properties of TiZrN thin films was studied. As the Zr fraction in the deposited TixZr1-xN (x = 0.87, 0.82, 0.7, 0.6, and 0.28) increased, microstructural changes consisted of reduction in the grain size and a gradual transition from columnar structure to granular structure were observed. In addition, it was also confirmed that a gradual crystal phase transition from TiN to TiZrN has occurred as the Zr fraction increased up to 0.4. After heat treatment at 900℃, Ti0.82Zr0.18N and Ti0.7Zr0.3N layers were converted to a form in which rutile phase TiO2 and TiZrO4 oxides coexist, while Ti0.6Zr0.4N layer was converted to TiZrO4 oxide. Among the five compositions of TiZrN films, the Ti0.6Zr0.4N showed the best high temperature stability and produced a significant enhancement in the thermal oxidation resistance of Inconel 617 through suppressing the surface diffusion of Cr caused by thermal oxidation of the Inconel 617 substrate.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Surface and cross-sectional SEM micrographs of as-grown TiZrN/Si films with different compositions.
$Fig. 2. X-ray diffraction patterns of as-grown TiZrN/Inconel 617 films with different compositions.$ 그림 Fig. 2. X-ray diffraction patterns of as-grown TiZrN/Inconel 617 films with different compositions.
$Fig. 3. X-ray diffraction patterns of TiZrN/Inconel 617 films with different compositions after annealing at 900 ºC, in air for 24 h.$ 그림 Fig. 3. X-ray diffraction patterns of TiZrN/Inconel 617 films with different compositions after annealing at 900 ºC, in air for 24 h.
그림 Fig. 4. Surface SEM micrographs of TiZrN/Inconel 617 films with different compositions after annealing at 800~1000 ºC, in air for 24 h.
그림 Fig. 5. Mass change curves for bare, Ti_0.87Zr_0.13N-, Ti_0.7Zr_0.3N-, and Ti_0.6Zr_0.4N-coated Inconel 617 samples after thermal cyclic oxidation at 1000 ºC as a function of test time.

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