Регистрация / Вход
Прислать материал

Термическая стабильность в мультислойных нанокристаллических покрытиях на основе Ti-Al-Si–N

ФИО: Нематуллоев С.Г.

Направление: Нанотехнологии

Научный руководитель: д.т.н., проф. Блинков И.В., Волхонский А.О.

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов

Академическая группа: ФХ-10-2

Нанокомпозитные пленки, состоящие из нанокристаллических нитридов переходных металлов и аморфной Si3N4 фазы, которые обладают уникальными механическими, химическими и трибологическими свойствами, являются одним из самых перспективных высокотвердых материалов. Эти покрытия нашли практическое применение для упрочнения режущего инструмента. Совершенствование этих покрытий может быть связано съедением в аморфный слой Si3N4 нанокристаллических зерен нитрида алюминия AlN.

Методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения были нанесены покрытия состава Ti-Al-Si–N, представляющие из себя чередующие слои нанокриссталического TiN толщиной порядка 20 нм и аморфного Si3N4 с нанокристаллическими зернами AlN толщиной порядка 23 нм. Толщина слоев варьировались за счет изменения силы тока дуги, испаряющей катод, напряжения смещения, подаваемого на подложку, и скорости ее вращения. Покрытия характеризовались максимальной твердостью до 48+/-3 ГПа.

Одной из важных характеристик наноструктурных материалов, в силу их неравновесности, является термическая стабильность. В данной работе исследовали термическую стабильность сформированных покрытий в интервале температур от 700 до 900°С. Полученные результаты показывают, что вплоть до температуры 900°С не меняется фазовый и элементный состав, толщина слоев, отсутствует размытие границ слоев, связанное с возможностью протекания диффузионных процессов. Все это проявляется в сохранение твердости на уровне 45ГПа. Исследование образцов методом измерительного царапания показало, что адгезионная прочность покрытий с основой до и после отжига остается примерно на уровне порядка 69-74 Н. Они сохраняют когезионный механизм разрушения, но вместе с тем несколько изменяется его характер. После отжига мы наблюдаем разрушение с появлением крупных фрагментов материала покрытия, что, возможно, связано с уменьшением сопротивление материала покрытия возникновению и развитию трещин при деформировании из-за изменения макронапряжённого состояния.