Structure and Phase Formation in the Ti–Al–Mo–N and Ti–Al–Mo–Ni–N Systems during the Arc PVD Coating Process

V. S. Sergevnin; Сергевнин В. С.; D. S. Belov; Белов Д. С.; I. V. Blinkov; Блинков И. В.; A. P. Demirov; Демиров А. П.; A. V. Chernogor; Черногор А. В.; I. V. Shchetinin; Щетинин И. В.

doi:10.31857/S0002337X23040115

Структуро- и фазообразование в системах Ti–Al–Mo–N и Ti–Al–Mo–Ni–N при осаждении покрытий ионно-плазменным вакуумно-дуговым методом

Авторы: Сергевнин В.С.¹, Белов Д.С.¹, Блинков И.В.¹, Демиров А.П.¹, Черногор А.В.¹, Щетинин И.В.¹
Учреждения:
1. Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”
Выпуск: Том 59, № 4 (2023)
Страницы: 374-383
Раздел: Статьи
URL: https://bakhtiniada.ru/0002-337X/article/view/140142
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23040115
EDN: https://elibrary.ru/VUJVBS
ID: 140142

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом arc-PVD получены покрытия Ti–Al–Mo–N и Ti–Al–Mo–Ni–N, характеризующиеся наноструктурой и слоистой архитектурой. Установлены значения параметров осаждения (давления реакционного газа-азота и отрицательного потенциала смещения, подаваемого на подложку, определяющего энергию напыляемых частиц), позволяющие формировать двухфазное нитридное (TiN, Mo₂N) для системы Ti–Al–Mo–N и нитридно-металлическое (TiN, Mo₂N, Ni) для системы Ti–Al–Mo–Ni–N покрытия. Введение Ni в состав покрытия Ti–Al–Mo–N приводит к снижению среднего размера зерна нитридных фаз с 35 до 12 нм и периода модуляции с 50 до 35 нм за счет ограничения роста зародышей нитридных фаз. Одновременно с этим происходит снижение двухосных макронапряжений с σ = −2.51 ГПа для образца Ti−Al−Mo−N до σ = −0.67 ГПа для образца Ti−Al−Mo−Ni−N.

Ключевые слова

наноструктура, многослойность, период модуляции, макронапряжения, arc-PVD, нитридно-металлическое покрытие, рост зародышей

Список литературы

Крылова Т.А., Иванов К.В., Чумаков Ю.А., Троценко Р.В. Коррозионная стойкость и износостойкость покрытий, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки тугоплавких карбидов на низкоуглеродистую сталь // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 3. С. 343–347. https://doi.org/10.31857/S0002337X20030094
Крылова Т.А. Влияние добавок TIC и TIB2 на структуру и свойства композиционных хромсодержащих покрытий // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 3. С. 271–276. https://doi.org/10.31857/S0002337X22020087
Badisch E., Fontalvo G.A., Stoiber M., Mitterer C. Tribological Behavior of PACVD TiN Coatings in the Temperature Range up to 500°C // Surf. Coat. Technol. 2003. V. 163–164. P. 585–590. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00626-6
Hörling A., Hultman L., Odén M., Sjölén J., Karlsson L. Mechanical Properties and Machining Performance of Ti1–x Alx N-coated Cutting Tools // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 191. № 2–3. P. 384–392. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.04.056
Kutschej K., Mayrhofer P.H., Polcik P., Kathrein M., Tessadri R., Mitterer C. Structure, Mechanical and Tribological Properties of Sputtered Ti1–xAlxN Coatings with 0.5 < x < 0.75 // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 200. № 7. P. 2358–2365. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.12.008
Gassner G., Mayrhofer P.H., Kutschej K., Mitterer C., Kathrein M. Magnéli Phase Formation of PVD Mo–N and W–N Coatings // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 201. P. 3335–3341. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.067
Блинков И.В., Волхонский А.О., Белов Д.С., Блинков В.И., Cкрылёва Е.А., Швындина Н.В. Наноструктурирование и модифицирование свойств вакуумно-дуговых покрытий TiN введением в их состав никеля // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 2. С. 163–170. https://doi.org/10.7868/S0002337X15020037
Akbari A., Templier C., Beaufort M.F., Eyidi D., Riviere J.P. Ion Beam Deposition of TiN-Ni Nanocomposite Coatings // Surf. Coat. Technol. 2011. V. 206. P. 972–975. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.03.102
Pogrebnjaka A.D., Abadias G., Bondar O.V., Postolnyia B.O., Lisovenko M.O., Kyrychenko O.V., Andreev A.A., Beresnev V.M., Kolesnikov D.A., Opielak M. Structure and Properties of Multilayer Nanostructured Coatings TiN/MoN Depending on Deposition Conditions // Acta Phys. Pol., A. 2014. № 125. P. 1280–1283. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.125.1280
Zhang G., Wang T., Chen H. Microstructure, Mechanical and Tribological Properties of TiN/Mo2N Nano-Multilayer Films Deposited by Magnetron Sputtering // Surf. Coat. Technol. 2015. V. 261. P. 156–160. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.11.041
Vereschaka A.A., Grigoriev S.N. Study of Cracking Mechanisms in Multi-layered Composite Nano-Structured Coatings // Wear. 2017. V. 378–379. P. 43–57. https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.01.101
Nezu A., Matsuzaka H., Yokoyama R. A Current Perspective of the State-of-the-Art in Stress Analysis // Rigaku J. 2014. V. 30. P. 4–12.
Perry A.J. X-ray Residual Stress Measurement in TiN, ZrN and HfN Films Using the Seemann-Bohlin Method // Thin Solid Films. 1992. V. 214. P. 169–174. https://doi.org/10.1016/0040-6090(92)90766-5
Oliver W.C., Pharr G.M. An Improved Technique for Determining Hardness and Elastic Modulus // J. Mater. Res. 1992. V. 7. P. 1564–1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564
Платонов Г.Л., Аникин В.Н., Аникеев А.И. Изучение роста износостойких слоев из карбида титана на твердых сплавах // Порошковая металлургия. 1980. № 8. С. 48–52
Каменева А.Л. Изучение влияния технологических условий формирования пленок на основе ZrN на их структуру и свойства методом магнетронного распыления // Вестн. МГТУ им. Носова. 2009. № 4. С. 40–46.
РД 50-672-88 Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов. М.: Стандартинформ, 2018.
Sanjines R., Wiemer C., Almeida J., Levy F. Valence Band Photoemission Study of the Ti–Mo–N System // Thin Solid Films. 1996. V. 290–291. P. 334–338. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09082-7
Bertoti I. Characterization of nitride coatings by XPS // Surf. Coat. Technol. 2002. V. 151–152. P. 194–203. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01619-X
Dube C.E., Workie B., Kounaves S.P., Robbat A., Aksu M.L., Davies G. Electrodeposition of Metal Alloy and Mixed Oxide Films Using a Single-Precursor Tetranuclear Copper–Nickel Complex // J. Electrochem. Soc. 1995. V. 142 P. 3357–3365. https://doi.org/10.1149/1.2049987
Панькин Н.А. Влияние условий конденсации ионно-плазменного потока на структуру и свойства нитрида титана: Дис. … канд. физ.-мат. наук. Калуга. 2008. 118 с.
Pagon A.M., Doyle E.D., McCulloch D.G. The Microstructure and Mechanical Properties of TiN–Ni Nanocomposite Thin Films // Surf. Coat. Technol. 2013. V. 235. P. 394–400. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.07.051
Akbari A., Templier C., Beaufort M.F., Eyidi D., Riviere J.P. Ion Beam Deposition of TiN-Ni Nanocomposite Coatings // Surf. Coat. Technol. 2011. V. 206. P. 972–975. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.03.102
Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атомиздат, 1977. 264 с.
Плешивцев H.B., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. М.: Вузовская книга, 1998. 392 с.