Регистрация / Вход
Прислать материал

Структурообразование в покрытиях многокомпонентных систем на основе нитридов переходных металлов

Фамилия
Черногор
Имя
Алексей
Отчество
Витальевич
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов
Академическая группа
МФХ-15-2
Научный руководитель
д.т.н., проф. Блинков И.В.
Название тезиса
Структурообразование в покрытиях многокомпонентных систем на основе нитридов переходных металлов
Тезис

В настоящее время нанесение покрытий на поверхность изделий широко применяется в промышленности для повышения их эксплуатационных свойств. Так PVD покрытия на основе CrN и TiN, характеризующиеся твёрдостью 17 – 27 ГПа, активно используются в качестве износостойких. Введение никеля и молибдена, с учётом того, что никель способствует измельчению нитрида титана, а молибден при окислении образуют фазу MoO3, выполняющую роль твердой смазки при трении, должно способствовать снижению коэффициента трения и повышать твёрдость покрытий.

В данной работе изучено влияние никеля и молибдена на структурообразование и фазовый состав покрытий Ti-Cr-N. Было выявлено, что низкий коэффициент диффузии никеля через ГЦК решётку нитридов титана, хрома и молибдена, а также его высокий коэффициент распыления плазменным потоком способствует утонению покрытия с 4,4 до 3 мкм и локализацией никеля в слоях, сформированных при осаждении плазменного потока, генерируемого с катода TiNi. Увеличение нестехеометричности соединений в покрытиях с N/(Ti+Cr) = 0,95 для Ti-Cr-N до 0,86 для Ti-Cr-Ni-N приводит к росту сжимающих макронапряжений с 6,7 ГПа до 9,7 ГПа и, как следствие, росту твёрдости с 25 до 43 ГПа. Было установлено, что данные макронапряжения препятствуют образованию трещин в покрытии при измерительном царапании вплоть до нагрузок 73 Н. Увеличение сопротивления пластической деформации с 0,06 до 0,25 приводит к росту критической нагрузки Lc3 с 73,5 Н до 79,2 Н. Что характеризует высоко физико-механические свойства покрытий данных систем.

При введении молибдена в систему Ti-Cr-Ni-N формируется субслой γ-Mo2N, который препятствует растворению фаз-слоёв нитридов титана и хрома, как следствие покрытия системы Ti-Cr-Ni-Mo-N имеют плотную многослойную двухуровневую структуру с толщиной бислоя 47 нм и субслоёв толщиной 3 и 12 нм. Увеличение границ раздела приводит к диссипации энергии внутренних напряжений до значений 0,6 ГПа, а также падения твёрдости до 30 ГПа. В итоге, в покрытии образуются трещины Lc1 уже при нагрузках 12,5 Н.

Тем не менее, слоистая структура покрытия Ti-Cr-Ni-Mo-N и снижение коэффициента трения с 0,56 – 0,6 для Ti-Cr-Ni-N и Ti-Cr-N соответственно до 0,45 приводит к увеличению износостойкости покрытий в пять раз.