Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N

Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N

Покрытия на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N формировались распылением многокомпонентного катода вакуумно-дуговым методом. Исследование распределения образующих элементов и примесей по глубине осуществлялось методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Установлена определенная неравномерн...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Физическая инженерия поверхности
Дата:2014
Автор: Турбин, П.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2014
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108502
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N / П.В. Турбин // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 4. — С. 556-563. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108502
record_format dspace
spelling Турбин, П.В.
2016-11-05T21:58:59Z
2016-11-05T21:58:59Z
2014
Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N / П.В. Турбин // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 4. — С. 556-563. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
1999-8074
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108502
539.2:538.975
Покрытия на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N формировались распылением многокомпонентного катода вакуумно-дуговым методом. Исследование распределения образующих элементов и примесей по глубине осуществлялось методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Установлена определенная неравномерность распределения образующих элементов по глубине покрытия и присутствие примесей, обусловленных методом и средой формирования, а также структурой катода.
Покриття на основі системи (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N формувалися розпиленням багатокомпонентного катода вакуумно-дуговим методом. Дослідження розподілу утворюючих елементів і домішок за глибиною здійснювалося методом енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Встановлена певна нерівномірність розподілу утворюючих елементів за глибиною покриття і присутність домішок, зумовлених методом і середовищем формування та структурою катода.
Coatings based on the systems (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N was deposited by sputtering of multicomponent cathode using vacuum arc method. Investigation of the depth distribution of elements and impurities was carried out by energy dispersive X-ray spectroscopy. Certain inhomogeneity of the depth distribution of the elements has been found within the coating along with the presence of impurities caused by the method and conditions of deposition as well as the structure of the cathode.
ru
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
Физическая инженерия поверхности
Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
Розподіл елементів за глибиною багатокомпонентних покриттів на основі системи (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
Depth distribution of elements in multicomponent coatings based on the system (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
spellingShingle Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
Турбин, П.В.
title_short Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
title_full Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
title_fullStr Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
title_full_unstemmed Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
title_sort распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (ti-al-zr-nb-y)n
author Турбин, П.В.
author_facet Турбин, П.В.
publishDate 2014
language Russian
container_title Физическая инженерия поверхности
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
format Article
title_alt Розподіл елементів за глибиною багатокомпонентних покриттів на основі системи (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
Depth distribution of elements in multicomponent coatings based on the system (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N
description Покрытия на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N формировались распылением многокомпонентного катода вакуумно-дуговым методом. Исследование распределения образующих элементов и примесей по глубине осуществлялось методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Установлена определенная неравномерность распределения образующих элементов по глубине покрытия и присутствие примесей, обусловленных методом и средой формирования, а также структурой катода. Покриття на основі системи (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N формувалися розпиленням багатокомпонентного катода вакуумно-дуговим методом. Дослідження розподілу утворюючих елементів і домішок за глибиною здійснювалося методом енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Встановлена певна нерівномірність розподілу утворюючих елементів за глибиною покриття і присутність домішок, зумовлених методом і середовищем формування та структурою катода. Coatings based on the systems (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N was deposited by sputtering of multicomponent cathode using vacuum arc method. Investigation of the depth distribution of elements and impurities was carried out by energy dispersive X-ray spectroscopy. Certain inhomogeneity of the depth distribution of the elements has been found within the coating along with the presence of impurities caused by the method and conditions of deposition as well as the structure of the cathode.
issn 1999-8074
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108502
citation_txt Распределение элементов по глубине многокомпонентных покрытий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N / П.В. Турбин // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 4. — С. 556-563. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT turbinpv raspredelenieélementovpoglubinemnogokomponentnyhpokrytiinaosnovesistemytialzrnbyn
AT turbinpv rozpodílelementívzaglibinoûbagatokomponentnihpokrittívnaosnovísistemitialzrnbyn
AT turbinpv depthdistributionofelementsinmulticomponentcoatingsbasedonthesystemtialzrnbyn
first_indexed 2025-11-24T16:28:15Z
last_indexed 2025-11-24T16:28:15Z
_version_ 1850485989260132352
fulltext РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ГЛУБИНЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4556 © Турбин П. В., 2014 556 УДК 539.2:538.975 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ГЛУБИНЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N П. В. Турбин Научный физико-технологический центр МОН и НАН Украины, Харьков Поступила в редакцию 22.12.2014 Покрытия на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N формировались распылением многокомпо- нентного катода вакуумно-дуговым методом. Исследование распределения образующих эле- ментов и примесей по глубине осуществлялось методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Установлена определенная неравномерность распределения образующих эле- ментов по глубине покрытия и присутствие примесей, обусловленных методом и средой фор- мирования, а также структурой катода. Ключевые слова: метод вакуумно-дугового осаждения, многокомпонентные покрытия, при- меси, элементное картирование. РОЗПОДІЛ ЕЛЕМЕНТІВ ЗА ГЛИБИНОЮ БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ СИСТЕМИ (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N П. В. Турбін Покриття на основі системи (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N формувалися розпиленням багатокомпонентного катода вакуумно-дуговим методом. Дослідження розподілу утворюючих елементів і домішок за глибиною здійснювалося методом енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Встановле- на певна нерівномірність розподілу утворюючих елементів за глибиною покриття і присутність домішок, зумовлених методом і середовищем формування та структурою катода. Ключові слова: метод вакуумно-дугового осадження, багатокомпонентні покриття, домішки, елементне картування. DEPTH DISTRIBUTION OF ELEMENTS IN MULTICOMPONENT COATINGS BASED ON THE SYSTEM (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N P. V. Turbin Coatings based on the systems (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N was deposited by sputtering of multicomponent cathode using vacuum arc method. Investigation of the depth distribution of elements and impurities was carried out by energy dispersive X-ray spectroscopy. Certain inhomogeneity of the depth distribution of the elements has been found within the coating along with the presence of impurities caused by the method and conditions of deposition as well as the structure of the cathode. Keywords: method of vacuum arc deposition, multi-component coatings, impurities, elemental mapping. ВВЕДЕНИЕ В исследованиях последних нескольких лет получила развитие концепция создания но- вого класса ионно-плазменных покрытий — нитридов на основе многоэлементных мате- риалов, в частности структур с равномерным распределением наноразмерных включений, или аморфных структур с более совершен- ными физико-механическими и химичес ки- ми свойствами: высокая твердость при от- жиге до температуры в 1000 °C; термическая стабильность; повышенная стойкость к из- на шиванию, коррозии и окислению; высо- кая прочность и ударная вязкость, а также до статочное сопротивление усталости в вы- сокотемпературной среде [1—4]. Стабильность структуры, элементного со- става и совершенные эксплуатационные ха- рактеристики многоэлементных систем обес- печивают создание на их основе нит рид ных покрытий, с целью улучшения эксплуатаци- онных характеристик рабочей поверхности П. В. ТУРБИН ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4 557 деталей машин, режущего инструмента или применения их в качестве защитных пленок, препятствующих попаданию вредных при- месей в приповерхностные слои изделий. Данная работа посвящена исследованию распределения образующих элементов и примесей по глубине в ионно-плазменных покрытиях на основе системы (Ti-Al-Zr- Nb-Y)N, с целью выяснения путей совер- шенствования методов формирования по- добных покрытий. УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА Для исследования распределения элементов по глубине на полированную поверхность образцов из стали 3 вакуумно-дуговым ме- тодом наносилось покрытие толщиной ~12 мкм путем распыления катода Ti + Al + Zr + Nb + Y (Zr — 29,33 ат. %, Ti — 18,75 ат. %, Al — 15,93 ат. %, Nb — 18,68 ат. %, Y — 17,31 ат. %) в среде молекулярного азота по следующей технологической схеме: 1) очистка поверхности ионами (Ti-Al-Zr- Nb-Y): время очистки t = 10 минут, давление Р = 5 × 10–5 мм. рт. ст., ток дуги Id = 110 A, потенциал на подложке Uпп = 1300 В; 2) нанесение подслоя (Ti-Al-Zr-Nb-Y) — время нанесения t = 1 мин; 3) нанесение покрытия на основе систе- мы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N: ток дуги Id = 110 A, фокусировка магнитного поля Iф = 0 A, по- тенциал на подложке Uпп = 150 В, Iи = 1,5 А, давление реакционного газа — азота РN = 1,2 × 10–3 мм. рт. ст.; 4) время осаждения — 1 час. Для последующих исследований были при готовлены шлифы образцов с покрыти- образцов с покрыти-образцов с покрыти- ем. Исследование приготовленных шлифов и фор мирование изображений распределе- ния элементов в покрытии по глубине осу- ществлялось посредством сканирующего электронного микроскопа JEOL 7000 FE. Модель JEOL 7000 FE представляет собой автоэмиссионный растровый электрон ный микроскоп, который благодаря исполь зо ва- нию в нем электронной пушки с по левой эмис сией (катодом Шотки) (T-FE), передо- вой технологии формирования изображения и ком пьютерной технологии дает не только воз можность наблюдения тонкой структуры по верхности образца с высоким разрешени- ем (2 нм), но и выполнения различных ана- лизов: — локальный анализ элементного соста- ва (1 мкм2) методом энергодисперсионной рент геновской спектроскопии (EDX), — катодолюминесцентный анализ (CLD). РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ На рис. 1 приведены изображения распреде- ления элементов по глубине в покрытии на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N с указа- нием определенных участков особенностей. Ниже (рис. 2) приведены картограммы рас- пределения по глубине образующих элемен- тов и примесей, появившихся в процессе формирования покрытия. Особенными участками, т. е. такими, что характеризуются некоторым отклонением от достаточно гомогенного участка 5, являют- ся диффузионная прослойка 2 (подслой) на границе с подложкой 1, тело покрытия (слои 3, 4 5), приповерхностный слой (6) сформи- рованного покрытия и капельная фракция. Приведенные на рис. 2 картограммы ука- зывают на преобладающее распределение углерода в подслое 2 и в следующим выше за ним локальном слое 3. Выше к поверх- ности углерод не обнаруживается. Над под- слоем (2) наблюдается присутствие азота, содержание которого равномерно возрастает от 19 до 40 ат. % в направлении к приповерх- ностному слою (6). Присутствие кислорода наблюдается выше подслоя (2) и достигает максимального количества в слое (4), в при- поверхностном слое (6) его концентрация не- сколько снижается. Алюминий практически равномерно распределен по глубине покры- тия в пределах 10 ат. % и только в слоях (2) и (5) его концентрация снижается почти в 2 раза. В капельной фракции алюминий отсут- ствует. Концентрация иттрия по глубине по- крытия несколько неравномерна и возрастает от подслоя (2) к приповерхностному слою (6) в диапазоне 10—14 ат. %, существенно его концентрация снижается в подслое (2) и слое (4). Содержание циркония от подслоя (2) к слою (4) равномерно снижается от 14 до 6 ат. %, в слое (5) и в приповерхностном слое (6) концентрация циркония достигает 3 ат. %. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ГЛУБИНЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4558 В капельной фракции содержание цир- кония повышено. Концентрация ниобия от подслоя (2) к приповерхностному слою (6) снижается от 16 ат. % до 6 ат. %, достигая минимальной концентрации в слое (4). Кон- центрация титана в подслое (2) составля- ет 7 ат. %, далее возрастает почти вдвое и практически удерживается на таком уровне, в приповерхностном слое (6) достигая кон- центрации 19 ат. %. Таким образом, исходя из полученных картограмм, распределение образующих элементов и примесей по глубине покрытия весьма сложно, неравномено и определяет- ся динамикой среды в реакционной камере, временными характеристиками процессов формирования покрытия и, по-видимому, степенью изотропии распыляемого катода. C K_ROI (14) N K_ROI (9) O K_ROI (21) AI_ROI (29) Y L_ROI (41) Zr L_ROI (54) Nb L_ROI (54) Ti K_ROI (33) В процессе формирования покрытий ис- поль зовался механизм изменения физико- а Рис. 1. Распределение образующих элементов по глу- бине покрытия на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N (а) с указанием гистограммы образующих элементов и примеси (б) Рис. 2. Фрагменты картограмм распределения эле- ментов в образце покрытия на основе системы (Ti- Al-Zr-Nb-Y)N П. В. ТУРБИН ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4 559 ме ханических свойств многоэлементных по - крытий путем упрочнения растворенными атомами. Архитектура многоэлементных по- крытий конструируется на базе концентри- рованных твердых растворов и химических соединений. Меняя состав твердого раство- ра можно оптимизировать его физико-меха- нические характеристики за счет изменения типа химической связи. При этом атомы при- меси снижают подвижность дислокаций и повышают стабильность дислокационной струк туры, т. е. замедляют процессы возвра- та и рекристаллизации [5]. С целью опреде- ления влияния распределения образующих элементов и примесей на свойства формиру- емых покрытий изучалась динамика элемен- тов и примесей по глубине покрытия путем анализа картограмм и спектрограмм. На рис. 3—8 приведены результаты по- слойного (2—6) элементного состава покры- тий на основе системы (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N, полученные методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. В приповерхностном слое, сформирован- ном после чистки поверхности ионами Ti- Al-Zr-Nb-Y, обнаружены элементы, изоб- ра женные на рентгенограмме (рис. 3). Пре имущественно слой представлен обра- зующими элементами распыленного катода. В незначительном количестве наблюдается присутствие железа, что обусловлено мате- риалом подложки и диффузионными процес- сами. Происходит существенное обогащение слоя атомами циркония и примерно в том же количестве обеднение атомами иттрия. В составе подслоя (2) в значительном количестве наблюдается присутствие угле- рода, обусловленное издержками системы откачивания и, возможно, диффузией угле- рода из стальной подложки (рис. 4). Подслой обеднен некоторыми образующими по крытие элементами (Al, Y, Ti), что могло ока зать вли- яние на адгезионную прочность покрытия с подложкой. Однако склеромет рические ис- следования показывают доста точно высокую адгезионную прочность — появление мате- риала подложки на дне ца рапины обнаруже- но при нагрузке в 63 Н [6]. Начальный процесс формирования мно- гокомпонентного покрытия фиксируется в локальном слое (3). Характерным является существенное снижение в составе покрытия содержания углерода, обнаруживается реак- ционный газ — азот, снижается присутствие ниобия и увеличивается количество атомов алюминия, иттрия и титана (рис. 5). Умень- шение в слое (3) количества углерода можно объяснить «выгоранием», на данном этапе формирования покрытия, продуктов масля- ной откачки в реакционной камере и осла- блением диффузионных процессов из под- ложки. Присутствие кислорода обусловлено наличием его в среде распыления. Сравнительно тонкая прослойка (4) ха- рактеризуется увеличением количества ато- мов азота, и значительным повышением количества атомов кислорода (рис. 6). Это обуславливает снижение количественного состава образующих элементов Y, Zr, Nb и Ti. Повышается лишь процентное содержа- ние алюминия. Рис. 3. Распределение элементов в приповерхност- ном слое после чистки поверхности ионами Ti-Al-Zr- Nb-Y Рис. 4. Распределение элементов покрытия в подслое (2) Рис. 5. Распределение элементов в слое (3) (начало процесса осаждения) РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ГЛУБИНЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4560 Локальный слой (5) составляет почти треть покрытия по глубине и характеризу- ется практическим отсутствием элементов примесей (рис. 7). Снижается количество атомов алюминия, но возрастает процент- ный состав циркония и ниобия. Данный слой является основной гомогенной состав- ляющей покрытия. Приповерхностный слой характеризуется повышением в составе покрытия количества атомов азота и кислорода, что поясняется непосредственным взаимодействием припо- верхностного слоя со средой камеры и диф- фузионными процессами. Присутствие всех образующих покрытие элементов немного возрастает, значительно, почти в 2 раза, воз- растает присутствие титана (рис. 8). Как следует из представленных спект ров элементов при чистке поверхности (см. рис. 1 и табл. 1) в слое, прилегающим к металлической подложке присутствуют элементы входящие в состав покрытия, а также ~2,08 ат. % желе- за. Согласно физико-технологической схеме при нанесении подслоя покрытия (см. рис. 4) происходит перераспределение эле ментов, по является углерод ~48,49 ат. %, что, воз- можно, связано с паромасляной от качкой диф фузионным насосом и/или на правленной диффузией углерода из повер хностного слоя стали — подложки в контактный слой ион- но-плазменного покрытия. Из анализа рас- пределения элементов по глубине покрытия вытекает вывод, что формирование сложной кристаллической ре шетки в процессе осаж- дения многоэлементных покрытий приводит к растворению азота с небольшим интерва- лом гомогенности сравнительно с интерва- лом растворимости азота в покрытиях одно- слойного типа. В условиях непрерывной ионной бомбар- дировки растущего покрытия атомы, осевшие на поверхность, могут выбиваться со своих мест еще до встраивания в кристаллическую решетку, то есть на стадии адсорбции. При рас пылении твердых растворов возможно рас пыление как одного из компонентов, так и всех компонентов сплава. Однако из-за мно- жес твенности катодных пятен и большой ско рости их движения по поверхности ка- тода происходит усреднение концентрации во вре мени. В связи, с этим распределение компонент в многоэлементных покрытиях (по дан ным микрорентгеновского спектраль- ного ана лиза) имеет сложный характер и определяется значительным количеством как структурных так и физико-технологических факто ров. Обнаруженные сложные распределения об разующих элементов по глубине сфор ми- ро ванного покрытия в значительной степени определяются энтальпией образования ни- тридов металлов (Ti, Al, Zr, Nb, Y), радиуса- ми и атомарной массой образующих атомов и существенно неравновесными процессами, протекающими в приповерхностном слое при формировании покрытия столь сложной системы (см. табл. 2) [7]. На распределение элементов по глубине покрытия определенно влияет процентный состав катода. В процессе формирования покрытия об ра зуются кристаллы твердого раствора преимущественно более тугоплавких компо- нент. Периферийные слои кристаллизуются Рис. 6. Распределение элементов в слое (4) Рис. 7. Распределение элементов покрытия в слое (5) Рис. 8. Распределение элементов в приповерхност- ном слое покрытия (точка 6) П. В. ТУРБИН ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4 561 в последующем и обогащены менее тугоплав- кими образующими покрытие компонента- ми. Такой механизм формирования покрытия частично объясняет неоднородность распре- деления образующих покрытие элементов. Многоэлементные покрытия на основе ни тридов металлов Al, Ti, Zr, Cr, Nb обла- дают высокой твердостью, сопротивлени- ем деформации, коррозионной стойкостью по сравнению с однофазными нитридными си стемами и позволяют совершенствовать свойства конструкционных материалов и, в частности, режущего инструмента. Целе- направленное легирование, путем подбора компонентов покрытия позволяет улучшить эксплуатационные характеристики различ- ных конструкционных материалов. Анализ распределения образующих элементов и примесей по глубине многокомпонентно- го покрытия на основе системы (Ti-Al-Zr- Nb-Y)N открывает возможность выработки и пред приятия мер, направленных на со- вер шен ствование методологии осаждения по крытий вакуумно-дуговым методом. По - лученные результаты указывают на необ- ходимость повышения степени изотропии рас пыляемого катода, что может быть дос- тигнуто многократным его переплавлением. Необходимы также меры снижения попа- дания примесей в среду формирования по крытия. Полученные многокомпонентные покры- тия характеризуются высокой твердос тью, тер мической стабильностью, коррози он- ной стой костью и перспективными трибо- тех ничес кими характеристиками. Трудно оп ределить степень влияния полученных ре зультатов распределения образующих эле ментов и примесей на эксплуатационные характерис тики полученных покрытий, но более детальное выяснение наметивших- ся зависимостей позволит оптимизировать Элемент/ номер С, ат. % N, ат. % O, ат. % Al, ат. % Y, ат. % Zr, ат. % Nb, ат. % Ti, ат. % Fe, ат. % 1 – – – 16,91 10,1 22,91 18,6 29,4 2,08 2 48,49 – – 5,61 5,83 14,39 16,81 7,68 1,19 3 29,54 19,28 6,35 9,78 7,38 7,81 4,9 14,11 0,85 4 – 36,07 29,74 9,1 4,68 6,06 2,69 10,89 0,77 5 – 39,7 24,22 5,47 3,49 12,18 4,54 9,81 0,59 6 – 40,71 15,23 10,42 4,22 13,29 6,58 8,95 0,60 Таблица 1 Химический состав элементов в слоях покрытий на основе (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N, полученных вакуумно-плазменным методом осаждения Элемент Энтальпия образования нитрида 0 обр∆H , кДж/моль Атомная масса, г/моль Радиус атома, пм Состав катода, ат. % Ti TiN = –323,0 47,87 147 29,33 Al AlN = –319,0 26,98 143 18,75 Zr ZrN = –371,5 91,2 160 15,93 Nb NbN = –237,8 92,9 146 18,68 Y YN = –300,3 88,9 178 17,31 Таблица 2 Значения энтальпии образования нитридов металлов Ti, Al, Zr, Nb, Y и некоторые характеристики элементов РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ГЛУБИНЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ (Ti-Al-Zr-Nb-Y)N ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4562 про цессы формирования подобных слож- ных структур и достигнуть совершенных за- дан ных свойств покрытий. Автор выражает благодарность профессо- ру кафедры материалов реакторостроения и физических технологий Харьковского наци- онального университета имени В. Н. Кара- зина проф. В. М. Бересневу за многократное обсуждение результатов работы и ценные за мечания. Исследования частично выпол- нены в рамках государственной бюджет- ной научно-исследовательской работы № 0112U006974, финансируемой Минис- терс т вом образования и науки Украины. ВЫВОДЫ 1. Анализ элементного картирования по глубине покрытия указывает на сложный характер и определенную неравномерность распределения образующих элементов и примесей в покрытии. 2. Неравномерность распределения по глу бине образующих покрытие элементов оп ределяется преимущественно физико- тех нологическими условиями формирова- ния нитридов металлов и неравновесностью протекающих процессов. 3. Обнаруженная неравномерность рас- пределения по глубине образующих покры- тие элементов частично объясняется не до- статочной изотропией распыляемого катода. 4. Наличие элементов примеси в покрытии обусловлено определенной средой реакци- онной камеры и особенностями протекания процессов вакуумно-дугового метода форми- рования многокомпонентных покрытий. ЛИТЕРАТУРА 1. Азаренков Н. А., Соболь О. В., Берес- нев В. М., По гребняк А. Д., Колесников Д. А., Турбин П. В., Торяник И. Н. Ва ку умно- плазменные покрытия на основе много- компонентных нитридов // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 8. — С. 1061—1084. 2. Blinkov I. V., Volkhonskii A. O., Anikin V. N., Petrzhik M. I., Derevtsova D. E. Phase com- position and properties of wear resistant Ti-Al-Cr-Zr-Nb-N coatings manufactured by the arc-physical deposition method // Inorganic Materials: Applied Research. — 2011. — Vol. 2, No. 3. — P. 261—267. 3. Beresnev V. M., Sobol O. V., Toryanik I. N., Meylekhov A. A., Nyemchenko U. S., Tur- bin P. V., Yakushchenko I. V., Lisovenko M. O. Formation of Biphasic State in Vacuum-Arc Coatings Obtained by Evaporation of Ti-Al- Zr-Nb-Y Alloy in the Atmosphere of Nitrogen // J. Nano- Electron. Phys. — 2014. Vol. 6, No. 1. — P. 01030. 4. Braic V., Vladescu A., Balaceanu M., Lu cu- lescu .R., Braic M. Nanostructured multi-ele- ment (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C hard coatings // Surf. Coat. Technol. — 2011. — Vol. 211, 25. — P. 117—121. 5. Hasegawa H., Suzuki T. Effects of second metal contents on microstructure and micro-hardness of ternary nitride films synthesized by cathodic arc method // Surf. Coat. Technol. — 2004. — Vol. 188—189. — P. 234—240. 6. Торяник И. Н., Береснев В. М., Немчен- ко У. С., Колесников Д. А., Турбин П. В., Гран кин С. С., Береснева Е. В., Ганен- ко В. В. Многоэлементные покрытия (Zr-Ti- Al-Nb-Y)N, полученные вакуумно-дуговым осаждением // ФИП. — 2013. — Т. 11, № 4. — С. 420—426. 7. Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплав- кие соединения (справочник), 2-е изд. // М.: «Металлугрия», 1976. — 560 с. LITERATURA 1. Azarenkov N. A., Sobol’ O. V., Beresnev V. M., Pogrebnyak A. D., Kolesnikov D. A., Tur- bin P. V., Toryanik I. N. Vakuumno-plazmennye pokrytiya na osnove mno go kom ponentnyh nit- ridov // Metallofizika i novejshie tehnologii. — 2013. — Vol. 35, No. 8. — P. 1061—1084. 2. Blinkov I. V., Volkhonskii A. O., Anikin V. N., Petrzhik M. I., Derevtsova D. E. Phase com- position and properties of wear resistant Ti- Al-Cr-Zr-Nb-N coatings manufactured by the arc-physical deposition method // Inorganic Materials: Applied Research. — 2011. — Vol. 2, No. 3. — P. 261—267. 3. Beresnev V. M., Sobol O. V., Toryanik I. N., Meylekhov A. A., Nyemchenko U. S., Tur- bin P., Yakushchenko I. V., Lisovenko M. O. Formation of Biphasic State in Vacuum-Arc Coatings Obtained by Evaporation of Ti-Al- Zr-Nb-Y Alloy in the Atmosphere of Nitrogen // J. Nano- Electron. Phys. — 2014. Vol. 6, No. 1. — P. 01030. 4. Braic V., Vladescu A., Balaceanu M., Lucu- lescu C. R., Braic M. Nanostructured multi- element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C П. В. ТУРБИН ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 4, vol. 12, No. 4 563 hard coatings // Surf. Coat. Technol. — 2011. — Vol. 211, 25. — P. 117—121. 5. Hasegawa H., Suzuki T. Effects of second metal contents on microstructure and micro-hardness of ternary nitride films synthesized by cathodic arc method // Surf. Coat. Technol. — 2004. — Vol. 188—189. — P. 234—240. 6. Toryanik I. N., Beresnev V. M., Nem chen- ko U. S., Kolesnikov D. A., Turbin P. V., Gran- kin S. S., Beresneva E. V., Ganenko V. V. Mno goelementnye pokrytiya (Zr-Ti-Al-Nb- Y)N, poluchennye vakuumno-dugovym osa- zhdeniem // FIP. — 2013. — Vol. 11, No. 4. — P. 420—426. 7. Samsonov G. V., Vinickij I. M. Tugoplavkie soedineniya (spravochnik), 2-e izd. // M.: «Me- tallugriya», 1976. — 560 p.

Схожі ресурси