Исследование термической стабильности наноструктурных покрытий Ti-Al-Si-N.

В современной  машиностроительной промышленности большое внимание уделяется вопросам повышения надежности режущего инструмента. Применение защитных покрытий повышает срок службы режущего инструмента, сокращает количество резцов, подлежащих замене, уменьшает потребность в использовании дорогих материалов.

Покрытия системы Ti-Al-Si-N обладают высокой прочностью, износостойкостью и высокой производительностью при различных скоростях резания. Внедрение кремния в структуру покрытия предполагает образование аморфного слоя, в котором содержатся зерна нитрида алюминия. Данный слой ограничивает дальнейший рост зерен нитрида титана, благодаря чему покрытие относится к типу наноструктурных.

Термическая стабильность структуры таких покрытий исследована только при температурах до 1100 °С, однако, в реальных условиях использования температура на поверхности изделия может превышать данное значение, что определяет актуальность проведения исследований термической стабильности состава и структуры покрытий Ti-Al-Si-N при более высоких температурах.

В данной работе покрытия получали с помощью метода ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения arc-PVD. Производили отжиг в вакууме при температурах 1200°С и 1300°С. Фазовый состав образцов покрытий до и после отжига определялся по методу электронной дифракции.

Рисунок 1– Электронограммы покрытия Ti-Al-Si-N: а) до отжига б) после отжига при 1200°С.

Рисунок 2 – Структура покрытия Ti-Al-Si-N после отжига в вакууме при 1300^°С.

 

При отжиге в вакууме покрытий данной системы при температуре в 1200°С в покрытии наблюдаются преобразования структуры. Можно наблюдать переход структуры нитрида алюминия из ГПУ в ГЦК (рисунок 1). Так же зерна самого покрытия увеличились с 10 нм до 400 нм и приняли вытяную форму. В процессе отжига  при 1300°С вероятнее всего за счет  разности коэффициентов линейного термического расширения подложки и покрытия появились достаточно большие поры (до 2 мкм) в структуре покрытия, а так же на границе раздела подложка-покрытие до 0,25 мкм. Наблюдаются образование больших монокристаллов нитрида титана размером до 3 мкм (рисунок 2).