Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием
Представлены результаты исследований структуры, твердости и стойкости к механическому воздействию покрытий TiN, Ti₀,₅Al₀,₅N и Ti₀,₅-хAl₀,₅YxN (х≤0,01), осажденных с помощью вакуумно-дугового источника фильтрованной плазмы при подаче высоковольтных импульсов потенциала смещения на подложку. Установле...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111453 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием / В.В. Васильев, В.И. Коваленко, А.А. Лучанинов, В.Г. Маринин, Е.Н. Решетняк, В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 4. — С. 160-164. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860254323444809728 |
|---|---|
| author | Васильев, В.В. Коваленко, В.И. Лучанинов, А.А. Маринин, В.Г. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. |
| author_facet | Васильев, В.В. Коваленко, В.И. Лучанинов, А.А. Маринин, В.Г. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. |
| citation_txt | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием / В.В. Васильев, В.И. Коваленко, А.А. Лучанинов, В.Г. Маринин, Е.Н. Решетняк, В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 4. — С. 160-164. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Представлены результаты исследований структуры, твердости и стойкости к механическому воздействию покрытий TiN, Ti₀,₅Al₀,₅N и Ti₀,₅-хAl₀,₅YxN (х≤0,01), осажденных с помощью вакуумно-дугового источника фильтрованной плазмы при подаче высоковольтных импульсов потенциала смещения на подложку. Установлено, что все исследованные покрытия характеризуются высокой твердостью 30…36 ГПа и достаточно низким эрозионным износом. Легирование иттрием приводит к дополнительному увеличению стойкости покрытий. Средние скорости кавитационного и абразивного износа покрытия (Ti, Al)N+1ат.%Y в 3-5 раз ниже, чем покрытия (Ti, Al)N, и в 10 раз ниже, чем покрытия TiN. Обсуждается влияние малых добавок Y на структуру и свойства покрытий.
Наведено результати досліджень структури, твердості та стійкості до механічного впливу покриттів TiN, Ti₀,₅Al₀,₅N и Ti₀,₅-хAl₀,₅YxN (х≤0,01), що були осаджені за допомогою вакуумно-дугового джерела фільтрованої плазми при подачі високовольтних імпульсів потенціалу зміщення на підкладку. Встановлено, що всі досліджені покриття характеризуються досить високою твердістю 30…36 ГПа і низьким ерозійним зносом. Легування покриттів ітрієм призводить до додаткового збільшення стійкості покриттів. Середні швидкості кавітаційного та абразивного зносу покриття (Ti, Al)N +1 ат.% Y у 3-5 разів нижче, ніж покриття (Ti, Al)N, та у 10 разів нижче, ніж покриття TiN. Обговорюється вплив малих домішок Y на структуру і властивості покриттів.
The results of investigations of the structure, hardness and mechanical resistance of TiN, Ti₀,₅Al₀,₅N and Ti₀,₅-хAl₀,₅YxN (х≤0,01), coatings deposited from the vacuum-arc source with the macroparticle filter at high voltage pulsed substrate bias are presented. All of the tested coatings are characterized with high hardness of 30…36 GPa and erosion wear of low level. Doping of the Ti0,5Al0,5N coating with yttrium results in additional increase in its durability. The average rates of cavitation and erosion wear of the (Ti, Al)N+1at.%Y coating is 3-5 times lower than that of (Ti, Al)N one, and 10 times lower than that of TiN one. The influence of the low additions of yttrium on the structure and properties of the coatings are discussed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:47:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
160 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2011. №4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (98), с. 160-164.
УДК 539.21:621.793
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ ПОКРЫТИЙ (Ti, Al)N,
МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИТТРИЕМ
В.В. Васильев, В.И. Коваленко, А.А. Лучанинов, В.Г. Маринин,
Е.Н. Решетняк, В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
Е-mail: strelnitskij@kipt.kharkov.ua
Представлены результаты исследований структуры, твердости и стойкости к механическому воздейст-
вию покрытий TiN, Ti0,5Al0,5N и Ti0,5-хAl0,5YxN (х≤0,01), осажденных с помощью вакуумно-дугового источ-
ника фильтрованной плазмы при подаче высоковольтных импульсов потенциала смещения на подложку.
Установлено, что все исследованные покрытия характеризуются высокой твердостью 30…36 ГПа и доста-
точно низким эрозионным износом. Легирование иттрием приводит к дополнительному увеличению стой-
кости покрытий. Средние скорости кавитационного и абразивного износа покрытия (Ti, Al)N+1ат.%Y в 3-
5 раз ниже, чем покрытия (Ti, Al)N, и в 10 раз ниже, чем покрытия TiN. Обсуждается влияние малых доба-
вок Y на структуру и свойства покрытий.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из серьезных проблем энергетики являет-
ся повышенный износ важнейших элементов тепло-
технического оборудования ТЭС и АЭС (лопатки
турбин, элементы запорной и регулирующей арма-
туры, рабочие колеса насосов и др.). Эффективным
способом продления ресурса работы оборудования
является использование защитных вакуумно-
дуговых покрытий на основе нитридов, которые
должны противостоять комплексу разрушающих
факторов, важнейшими из которых являются корро-
зия и эрозия. Однако сведений о стойкости таких
покрытий к различным типам износа недостаточно.
Покрытия Ti1-xAlxN обладают улучшенными ха-
рактеристиками, когда значение параметра x в фор-
муле нитрида составляет 0,5…0,6. В неравновесных
условиях ионно-плазменного осаждения именно
этот диапазон концентраций является критическим с
точки зрения растворимости элементов в решетках
нитридов и формирования в покрытиях нанострук-
туры в результате спиноидального распада. При
более низком содержании Al формируется твердый
раствор на базе кубического TiN со структурой типа
NaCl. При более высоком – гексагональная структу-
ра вюрцита, присущая AlN, что приводит к замет-
ному ухудшению характеристики покрытий [1-4].
Введение в состав нитридов переходных метал-
лов небольшого количества Y может дополнительно
улучшить механические свойства покрытий, терми-
ческую стабильность и стойкость к окислению [5-7].
Полагают, что улучшение характеристик при леги-
ровании обусловлено подавлением столбчатого рос-
та, характерного для вакуумно-дуговых покрытий,
вследствие непрерывной ренуклеации, вызванной
поверхностной сегрегацией иттрия в процессе осаж-
дения, и формированием наноструктуры. При этом
легирование иттрием может смещать границу суще-
ствования кубической фазы Ti1−xAlxN в сторону
меньшей концентрации алюминия [7].
В данной работе исследовано влияние малых до-
бавок Y на структуру, механические характеристи-
ки, эрозионную и абразивную стойкости покрытий
системы (Ti,Al)N, осажденных из фильтрованной
вакуумно-дуговой плазмы.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Покрытия нитридов систем Ti-N, Ti-Al-N и Ti-
Al-Y-N толщиной 5…6 мкм были получены на ва-
куумно-дуговой установке с прямолинейным магни-
тоэлектрическим фильтром, обеспечивавшим очист-
ку плазмы от макрочастиц. Схема установки пока-
зана на рис. 1. Для осаждения были использованы
катоды из технически чистого Ti, сплава Ti0,5Al0,5 и
сплавов Ti0,5-хAl0,5Yx, где значение х составляло
0,002; 0,004 и 0,01. Осаждение проводилось на под-
ложки из стали 12Х18Н9 при подаче высоковольт-
ных импульсов потенциала смещения и давлении
азота в вакуумной камере 0,1 Па. Импульсный по-
тенциал подавался от генератора высоковольтных
импульсов с параметрами: амплитуда -1500 В, дли-
тельность импульсов 5 мкс, частота повторения
24 кГц. В промежутках между импульсами подлож-
ка находилась под самосогласованным «плаваю-
щим» потенциалом -(3…15) В. Температура под-
ложки в процессе нанесения покрытий контролиро-
валась ИК-пирометром и составляла 150…200 °С.
Элементный состав материала покрытия контро-
лировался методом рентгеновского флуоресцентно-
го анализа (РФА) на вакуумном сканирующем кри-
сталл-дифракционном спектрометре СПРУТ. Рент-
геноструктурные исследования проводились на ди-
фрактометре ДРОН-3 в фильтрованном излучении
Cu-Kα.
Твердость (H) и модуль Юнга (E) покрытий из-
мерялись наноиндентором G200 производства фир-
мы MTS методом CSM (непрерывного измерения
жесткости). Значение H брали на глубине индента-
ции, равной 10 % от толщины пленки.
161
Рис. 1. Схема вакуумно-дугового источника
с прямолинейным фильтром:
1 – катод; 2 – анод; 3 – вспомогательный анод;
4 – поджиг; 5, 6, 12 – магнитные катушки;
7 – экран; 9 – вакуумная камера;
10 – подложкодержатель;
11 – заслонка; 13 – источник питания дуги;
14 – генератор высоковольтных импульсов
Эрозионную стойкость оценивали по результа-
там кавитационных испытаний на установке с маг-
нитострикционным вибратором МСВ-1 при частоте
20 кГц гравиметрическим методом. Морфологию
поверхности до и после испытаний изучали при по-
мощи оптического микроскопа Leica MTU 253.
Абразивный износ по схеме плоскость–диск оп-
ределяли гравиметрическим методом. Скорость
движения поверхности абразивного диска, контак-
тирующей с плоскостью образца, составляла
4,38 м/с, нагрузка на образец – 2,2 Н.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Рентгенофлуоресцентный анализ элементного
состава полученных покрытий показал, что при ис-
пользованных параметрах осаждения соотношение
компонентов в катоде достаточно хорошо воспроиз-
водится в пленках. По данным рентгеновской ди-
фрактометрии независимо от состава использован-
ных катодов единственной кристаллической фазой в
покрытиях является кубический нитрид с решеткой
типа NaCl (структурный тип В1). Вюрцитная фаза
ни в одном из полученных покрытий не обнаружена.
Соотношение интенсивностей линий этой фазы на
рентгенограммах при θ-2θ и скользящей съемках
свидетельствует о присутствии текстуры. Отраже-
ние (220) при θ-2θ-сканировании является очень
интенсивным. Анализ кривой качания свидетельст-
вует, что формируется сильная аксиальная текстура
с осью [110] в направлении нормали к поверхности
пленки, обусловленная подачей на подложку высо-
ковольтных импульсов потенциала [8].
На рис. 2 показаны участки дифрактограмм, со-
держащие линию (220), для образцов, осажденных с
использованием катодов различного состава. По
положению линии проводилось определение перио-
да кристаллической решетки (a) в направлении нор-
мали к поверхности пленки, а по ее уширению из
соотношения Селякова-Шеррера оценивался размер
областей когерентного рассеяния (ОКР) нитрида в
пленках (L). Результаты расчетов приведены на
рис. 3. Видно, что период кристаллической решетки
TiN в пленке составляет 0,4279 нм. Это значительно
превосходит величину 0,4243 нм, характерную для
структуры TiN. Как было показано нами в [9], такое
увеличение может быть объяснено сжимающими
напряжениями и структурными дефектами, возни-
кающими в пленке в результате бомбардировки по-
верхности роста ионами, ускоренными под действи-
ем потенциала смещения на подложке. Размер ОКР
в зернах TiN составляет 12,4 нм.
Для пленок на основе сплава Ti0,5Al0,5 значения
периода кристаллической решетки нитрида в интер-
вале 0,4196…0,4212 нм существенно ниже, чем в
конденсатах TiN (см. рис. 3). Такое уменьшение пе-
риода обусловлено образованием твердого раствора
(Ti,Al)N с замещением атомов Ti в структуре TiN
меньшими по размеру атомами Al. Следует отме-
тить, что на дифрактограмме покрытия Ti0,5Al0,5N
линия нитрида значительно слабее и шире, чем у
покрытия TiN, а размер ОКР уменьшается почти в
два раза до 6,7 нм. Анализ формы дифракционной
линии показал, что она является сильно асиммет-
ричной и имеет протяженный хвост со стороны
больших углов. Такую линию можно разделить на
несколько составляющих, принадлежащих кубиче-
ским нитридам с разной концентрацией алюминия,
как это было сделано в работах [10,11]. Авторы [10]
показали, что при повышении температуры в про-
цессе отжига вакуумно-дуговых пленок Ti1-xAlxN
происходит распад пересыщенного твердого раство-
ра и образуется гетерофазная структура, содержа-
щая частицы со структурой кубического TiN и мета-
стабильного кубического AlN. Можно предполо-
жить, что в условиях интенсивной ионной бомбар-
дировки при подаче импульсного потенциала сме-
щения на подложку аналогичный распад происходит
уже в процессе осаждения пленки.
59 60 61 62 63 64 65
(Ti,Al)N+1%Y
(Ti,Al)N+0,4%Y
(Ti,Al)N+0,2%Y
(Ti,Аl)N
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
, у
сл
.е
д.
2θ , град
TiN
Рис. 2. Участки рентгеновских дифрактограмм
вакуумно-дуговых покрытий
различного элементного состава
(излучение Cu-Kα)
162
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,418
0,420
0,422
0,424
0,426
0,428
L,
н
м
a,
н
м
C Y , ат.%
0
2
4
6
8
10
12
14
ТiN
ТiN
Рис. 3. Зависимости периода решетки и размера
ОКР нитрида со структурой типа NaCl
от концентрации Y в покрытиях Ti0,5-xAl0,5YxN
Легирование покрытий Ti0,5Al0,5N небольшим
количеством иттрия приводит к изменениям на ди-
фрактограммах. Линия нитрида сужается и несколь-
ко смещается в сторону больших углов, ее интен-
сивность растет, а асимметрия исчезает, что свиде-
тельствует об отсутствии распада пересыщенного
твердого раствора, обсуждавшегося выше. Измере-
ния показывают, что с увеличением содержания
иттрия период кристаллической решетки нитрида
уменьшается, а средний размер ОКР увеличивается
до 9,4 нм. Эти факты свидетельствуют о том, что в
пленках Ti0,5-хAl0,5YxN атомы иттрия не замещают
атомы металла в кубической решетке нитрида, но
способствуют стабилизации пересыщенного твердо-
го раствора (Ti,Al)N в пленках и играют важную
роль в формировании межкристаллитных границ.
На рис. 4 приведены результаты наноиндентиро-
вания полученных покрытий. Твердость покрытия
TiN составляет 29,5 ГПа, что несколько выше спра-
вочных данных для массивного материала (20 ГПа).
Покрытие Ti0,5-хAl0,5YxN характеризуется еще более
высокой твердостью 30…36 ГПа. С ростом содер-
жания иттрия твердость растет, а модуль Юнга ме-
няется немонотонно, достигая максимального зна-
чения при х=0,004. Таким образом, достаточно вы-
сокая твердость зафиксирована во всех полученных
покрытиях, несмотря на различия в их составе и
структуре. По-видимому, в первую очередь это свя-
зано с отсутствием в исследованных пленках фазы
нитрида со структурой гексагонального AlN, кото-
рая может приводить к уменьшению твердости [7].
Помимо твердости важной характеристикой из-
носостойкости является параметр Н3/E2, который
характеризует стойкость материала к пластической
деформации. Износостойкий материал должен соче-
тать высокую твердость и низкий модуль упругости,
т.е. иметь высокое значение параметра Н3/E2 [12-14].
Для массивного нитрида титана Н3/E2 = 0,08 ГПа.
Исследованные пленки характеризуются более вы-
сокими значениями параметра (0,16…0,26). При
этом в покрытиях Ti0,5-хAl0,5YxN с ростом содержа-
ния иттрия значение параметра растет, что главным
образом обусловлено увеличением твердости. Пола-
гают [13], что высокими значениями твердости и
параметра Н3/E2 обладают наноструктурные покры-
тия с малыми размерами кристаллических зерен и
большой долей прочных межзеренных границ в
объеме пленки. По-видимому, легирование иттрием
в наших экспериментах способствует формирова-
нию такой наноструктуры.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
10
20
30
40
50
Е,
Г
П
а
Н
, Г
П
а
СY , ат.%
300
400
500
600
700
800
TiN
TiN
Рис. 4. Зависимости твердости и модуля Юнга
покрытий Ti0,5-xAl0,5YxN от концентрации Y
Результаты кавитационных испытаний образцов
с покрытиями различного состава представлены на
рис. 5 и 6. Зависимости весовых потерь образцов от
длительности кавитационного воздействия (см.
рис. 5) свидетельствуют, что все исследованные по-
крытия характеризуются достаточно низким кавита-
ционным износом, который как минимум на поря-
док ниже, чем износ стали без покрытия. Следует
отметить, что испытания образцов продолжались до
тех пор, пока по данным оптической микроскопии
максимальная глубина эрозионных дефектов в
пленках не достигала 5…6 мкм, т.е. до образования
сквозных дефектов. На рис. 6 показаны микрофото-
графии поверхности покрытий до и после испыта-
ний. Видно, что в исходном состоянии морфология
поверхности покрытий существенно не отличается:
поверхность достаточно гладкая с незначительным
количеством капель. Вид же эродировавшей по-
верхности, как и скорость кавитационного износа,
определяется составом покрытия.
0 2 4 6 8 10 12
0
20
40
60
80
(Ti,Al)N+1%Y
(Ti,Al)N+0,4%Y
(Ti,Al)N
Δ
M
, 1
0-6
г
t, час
TiN
Рис. 5. Кинетические кривые кавитационного
износа покрытий различного состава
Покрытие TiN обладает минимальной эрозион-
ной стойкостью. На его поверхности развивается
эрозия в виде немногочисленных язв, которые дос-
тигают подложки уже за 1,5 ч испытаний, что, по-
видимому, обусловлено столбчатой структурой пле-
нок.
163
Изображение поверхности покрытий до испытаний
Общий вид зоны кавитационного воздействия
Изображение кавитационных дефектов
а б в г
Рис. 6. Микрофотографии поверхности образцов до и после кавитационных испытаний:
а – покрытие TiN, длительность испытаний 1,5 ч; б – покрытие (Ti, Al)N, длительность испытаний 8 ч;
в – покрытие (Ti, Al)N+0,4 ат.%Y, длительность испытаний 10 ч;
г – покрытие (Ti, Al)N+1ат.%Y, длительность испытаний 10 ч
На поверхности покрытия (Ti, Al)N в результате
кавитации преобладают разрушения в виде трещин.
При большем увеличении изображения видно, что
трещины образованы цепочками эрозионных язв
разного размера, которые растут значительно мед-
ленней, чем в пленках TiN. Время образования
сквозной трещины достигает 8 ч, а средняя скорость
кавитационного износа этого образца в 3 раза ниже,
чем образца с покрытием TiN. Легирование иттрием
приводит к дополнительному увеличению кавита-
ционной стойкости покрытий. С ростом содержания
Y сплошные трещины исчезают, и на поверхности
фиксируются точечные дефекты. Средняя скорость
кавитационного износа образца с покрытием
(Ti, Al)N+1ат.%Y в 3 раза ниже, чем с покрытием
(Ti, Al)N, и почти в 10 раз ниже, чем с покрытием
TiN. Время образования сквозных дефектов дости-
гает 12 ч. Таким образом, легирование покрытий
иттрием существенно замедляет как скорость по-
верхностной эрозии, так и скорость распростране-
ния эрозии в глубь покрытия.
На рис. 7 показаны результаты исследования аб-
разивной стойкости покрытий различного состава.
Наилучшую стойкость продемонстрировали покры-
тия с максимальным содержанием иттрия
(Ti, Al)N+1ат.%Y. Абразивный износ этих покрытий
на порядок ниже, чем покрытий TiN, и на три по-
рядка ниже, чем стали без покрытия.
Полученные результаты свидетельствуют о на-
личии корреляции между кавитационной и абразив-
ной стойкостями покрытий. Наиболее стойким яв-
ляется покрытие с максимальным содержанием Y,
введение которого способствует формированию
наноструктуры и упрочняет межзеренные границы.
0,01
0,1
1
10
100
(T
i,A
l)N
(T
i,A
l)N
+1
%
Y
Ti
N
А
бр
аз
ив
ны
й
из
но
с,
о
тн
.е
д.
бе
з п
ок
ры
ти
я
Рис. 7. Абразивный износ поверхности стальных
образцов с покрытиями различного состава
ВЫВОДЫ
Получены и исследованы покрытия TiN,
Ti0,5Al0,5N и Ti0,5-хAl0,5YxN (х≤0,01), осажденные с
помощью вакуумно-дугового источника фильтро-
ванной плазмы при подаче высоковольтных им-
пульсов потенциала смещения на подложку. Уста-
новлено, что, несмотря на близкие значения твердо-
сти (30…36 ГПа), покрытия различного состава су-
щественно различаются по кавитационной и абра-
зивной стойкостям, а также по характеру кавитаци-
онного разрушения. Максимальной стойкостью об-
ладает покрытие Ti0,5Al0,5N, модифицированное
1 ат.%Y. Показано, что атомы иттрия не замещают
атомы металла в кубической решетке нитрида, а
способствуют стабилизации пересыщенного твердо-
го раствора (Ti, Al)N в пленках и играют важную
роль в формировании межкристаллитных границ.
Средние скорости кавитационного и абразивного
износа покрытия (Ti, Al)N+1ат.%Y на порядок ниже,
164
чем покрытия TiN. По-видимому, это обусловлено
подавлением столбчатого роста и формированием
нанокристаллической структуры с прочными меж-
зеренными границами.
ЛИТЕРАТУРА
1. S.G. Harris, A.C. Vlasveld, E.D. Doyle, P.J. Dolder.
Dry machining - commercial viability through fil-
tered arc vapour deposited coatings // Surface and
Coatings Technology. 2000, v. 133-134, p. 383-388.
2. T. Leyendecker, 0. Lemmer, S. Esser, J. Ebberink.
The development of the PVD coating TiAlN as a
commercial coating for cutting tools // Surface and
Coatings Technology. 1991, v.48, p. 175-178.
3. A. Horling, L. Hultman, M. Oden, J. Sjolen,
L. Karlsson. Mechanical properties and machining
performance of Ti1-xAlxN-coated cutting tools // Sur-
face and Coatings Technology. 2005, v.191, p. 384-
392.
4. A. Kimura, H. Hasegawa, K. Yamada, and
T. Suzuki. Effects of Al content on hardness, lattice
parameter and microstructure of Ti1−xAlxN films //
Surf. Coat. Technol. 1999, v.120-121, p. 438-441.
5. W.S. Choi, S.K. Hwang, C.M. Lee. Microstructure
and chemical state of Ti1-xYxN film deposited by
reactive magnetron sputtering // J. Vac. Sci. Technol.
2000, v. A 18, p. 2914-2921.
6. A. Donohue, I.J. Smith, W.-D. Munz, I. Petrov,
J.E. Greene. Microstructure and oxidation-resistance
of Til-x-y-zAl xCr yYzN layers grown by combined
steered-arc/unbalanced-magnetron-sputter deposi-
tion // Surface and Coatings Technology. 1997,
v. 94-95, p. 226–231.
7. M. Moser and P.H. Mayrhofer. Yttrium-induced
structural changes in sputtered Ti1-xAlxN thin films //
Scripta Materialia. 2007, v. 57, p. 357–360.
8. В.В. Васильев, А.А. Лучанинов, Е.Н. Решетняк,
В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева. Влияние
импульсного потенциала смещения на структуру
и твердость TiN-покрытий, осажденных из
фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы // Ма-
териалы Международной научной конференции
(ФММН 2010), Украина, Харьков. 2010, т.1,
с. 85-89.
9. В.В. Васильев, А.А. Лучанинов, Е.Н. Решетняк,
В.Е. Стрельницкий и др. Структура и твердость
Ti-N- и Ti-Si-N-покрытий, осажденных из фильт-
рованной вакуумно-дуговой плазмы // ВАНТ. Се-
рия ФРП и РМ. 2009, №2, c. 173-180.
10. Paul H. Mayrhofer, A. Horling, L. Karlsson, J. Sjo-
len, T. Larsson, C. Mitterer, L. Hultman. Self-
organized nanostructures in the Ti–Al–N system //
Appl. Phys. Lett. 2003, v. 83, p. 2049-2051.
11. P. Mayrhofer, C. Mitterer, L. Hultman, H. Clemens.
Microstructural design of hard coatings // Progress
in Materials Science. 2006, v. 51, p. 1032–1114.
12. A. Leyland, A. Matthews. On the significance of the
H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating
approach to optimised tribological behaviour //
Wear. 2000, v. 246, p. 1-11.
13. P.H. Mayrhofer, C. Mitterer, J. Musil. Structure–
property relationships in single- and dual-phase na-
nocrystalline hard coatings // Surface and Coatings
Technology. 2003, v. 174–175, p. 725-731.
14. D. Galvan, Y.T. Pei, J.Th.M. De Hosson. Deforma-
tion and failure mechanism of nano-composite coat-
ings under nano-indentation // Surf. Coat. Technol.
2006, v. 200, p. 6718–6726.
Статья поступила в редакцию 18.05.2011 г.
МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ЕРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ ВАКУУМНО-ДУГОВИХ
ПОКРИТТІВ (Ti, Al)N, МОДИФІКОВАНИХ ІТРІЄМ
В.В. Васильєв, В.І. Коваленко, О.А. Лучанінов, В.Г. Маринін, О.М. Решетняк,
В.Є. Стрельницький, Г.М. Толмачьова
Наведено результати досліджень структури, твердості та стійкості до механічного впливу покриттів TiN,
Ti0,5Al0,5N и Ti0,5-хAl0,5YxN (х≤0,01), що були осаджені за допомогою вакуумно-дугового джерела фільтрова-
ної плазми при подачі високовольтних імпульсів потенціалу зміщення на підкладку. Встановлено, що всі
досліджені покриття характеризуються досить високою твердістю 30…36 ГПа і низьким ерозійним зносом.
Легування покриттів ітрієм призводить до додаткового збільшення стійкості покриттів. Середні швидкості
кавітаційного та абразивного зносу покриття (Ti, Al)N +1 ат.% Y у 3-5 разів нижче, ніж покриття (Ti, Al)N,
та у 10 разів нижче, ніж покриття TiN. Обговорюється вплив малих домішок Y на структуру і властивості
покриттів.
MECHANICAL PROPERTIES AND EROSION RESISTANCE OF THE VACUUM-ARC
COATINGS (Ti, Al)N MODIFIED WITH YTTRIUM
V.V. Vasyliev, V.I. Kovalenko, A.A. Luchaninov, V.G. Marinin, E.N. Reshetnyak,
V.E. Strel’nitskij, G.N. Tolmachyоva
The results of investigations of the structure, hardness and mechanical resistance of TiN, Ti0,5Al0,5N, and
Ti0,5-хAl0,5YxN (х≤0,01) coatings deposited from the vacuum-arc source with the macroparticle filter at high voltage
pulsed substrate bias are presented. All of the tested coatings are characterized with high hardness of 30…36 GPa
and erosion wear of low level. Doping of the Ti0,5Al0,5N coating with yttrium results in additional increase in its du-
rability. The average rates of cavitation and erosion wear of the (Ti, Al)N+1at.%Y coating is 3-5 times lower than
that of (Ti, Al)N one, and 10 times lower than that of TiN one. The influence of the low additions of yttrium on the
structure and properties of the coatings are discussed.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111453 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:47:23Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Васильев, В.В. Коваленко, В.И. Лучанинов, А.А. Маринин, В.Г. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. 2017-01-10T08:56:43Z 2017-01-10T08:56:43Z 2011 Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием / В.В. Васильев, В.И. Коваленко, А.А. Лучанинов, В.Г. Маринин, Е.Н. Решетняк, В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 4. — С. 160-164. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111453 539.21:621.793 Представлены результаты исследований структуры, твердости и стойкости к механическому воздействию покрытий TiN, Ti₀,₅Al₀,₅N и Ti₀,₅-хAl₀,₅YxN (х≤0,01), осажденных с помощью вакуумно-дугового источника фильтрованной плазмы при подаче высоковольтных импульсов потенциала смещения на подложку. Установлено, что все исследованные покрытия характеризуются высокой твердостью 30…36 ГПа и достаточно низким эрозионным износом. Легирование иттрием приводит к дополнительному увеличению стойкости покрытий. Средние скорости кавитационного и абразивного износа покрытия (Ti, Al)N+1ат.%Y в 3-5 раз ниже, чем покрытия (Ti, Al)N, и в 10 раз ниже, чем покрытия TiN. Обсуждается влияние малых добавок Y на структуру и свойства покрытий. Наведено результати досліджень структури, твердості та стійкості до механічного впливу покриттів TiN, Ti₀,₅Al₀,₅N и Ti₀,₅-хAl₀,₅YxN (х≤0,01), що були осаджені за допомогою вакуумно-дугового джерела фільтрованої плазми при подачі високовольтних імпульсів потенціалу зміщення на підкладку. Встановлено, що всі досліджені покриття характеризуються досить високою твердістю 30…36 ГПа і низьким ерозійним зносом. Легування покриттів ітрієм призводить до додаткового збільшення стійкості покриттів. Середні швидкості кавітаційного та абразивного зносу покриття (Ti, Al)N +1 ат.% Y у 3-5 разів нижче, ніж покриття (Ti, Al)N, та у 10 разів нижче, ніж покриття TiN. Обговорюється вплив малих домішок Y на структуру і властивості покриттів. The results of investigations of the structure, hardness and mechanical resistance of TiN, Ti₀,₅Al₀,₅N and Ti₀,₅-хAl₀,₅YxN (х≤0,01), coatings deposited from the vacuum-arc source with the macroparticle filter at high voltage pulsed substrate bias are presented. All of the tested coatings are characterized with high hardness of 30…36 GPa and erosion wear of low level. Doping of the Ti0,5Al0,5N coating with yttrium results in additional increase in its durability. The average rates of cavitation and erosion wear of the (Ti, Al)N+1at.%Y coating is 3-5 times lower than that of (Ti, Al)N one, and 10 times lower than that of TiN one. The influence of the low additions of yttrium on the structure and properties of the coatings are discussed. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием Механічні властивості та ерозійна стійкість вакуумно-дугових покриттів (Ti, Al)N, модифікованих ітрієм Mechanical properties and erosion resistance of the vacuum-arc coatings (Ti, Al)N modified with yttrium Article published earlier |
| spellingShingle | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием Васильев, В.В. Коваленко, В.И. Лучанинов, А.А. Маринин, В.Г. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| title | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием |
| title_alt | Механічні властивості та ерозійна стійкість вакуумно-дугових покриттів (Ti, Al)N, модифікованих ітрієм Mechanical properties and erosion resistance of the vacuum-arc coatings (Ti, Al)N modified with yttrium |
| title_full | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием |
| title_fullStr | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием |
| title_full_unstemmed | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием |
| title_short | Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al)N, модифицированных иттрием |
| title_sort | механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (ti, al)n, модифицированных иттрием |
| topic | Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| topic_facet | Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111453 |
| work_keys_str_mv | AT vasilʹevvv mehaničeskiesvoistvaiérozionnaâstoikostʹvakuumnodugovyhpokrytiitialnmodificirovannyhittriem AT kovalenkovi mehaničeskiesvoistvaiérozionnaâstoikostʹvakuumnodugovyhpokrytiitialnmodificirovannyhittriem AT lučaninovaa mehaničeskiesvoistvaiérozionnaâstoikostʹvakuumnodugovyhpokrytiitialnmodificirovannyhittriem AT marininvg mehaničeskiesvoistvaiérozionnaâstoikostʹvakuumnodugovyhpokrytiitialnmodificirovannyhittriem AT rešetnâken mehaničeskiesvoistvaiérozionnaâstoikostʹvakuumnodugovyhpokrytiitialnmodificirovannyhittriem AT strelʹnickiive mehaničeskiesvoistvaiérozionnaâstoikostʹvakuumnodugovyhpokrytiitialnmodificirovannyhittriem AT tolmačevagn mehaničeskiesvoistvaiérozionnaâstoikostʹvakuumnodugovyhpokrytiitialnmodificirovannyhittriem AT vasilʹevvv mehaníčnívlastivostítaerozíinastíikístʹvakuumnodugovihpokrittívtialnmodifíkovanihítríêm AT kovalenkovi mehaníčnívlastivostítaerozíinastíikístʹvakuumnodugovihpokrittívtialnmodifíkovanihítríêm AT lučaninovaa mehaníčnívlastivostítaerozíinastíikístʹvakuumnodugovihpokrittívtialnmodifíkovanihítríêm AT marininvg mehaníčnívlastivostítaerozíinastíikístʹvakuumnodugovihpokrittívtialnmodifíkovanihítríêm AT rešetnâken mehaníčnívlastivostítaerozíinastíikístʹvakuumnodugovihpokrittívtialnmodifíkovanihítríêm AT strelʹnickiive mehaníčnívlastivostítaerozíinastíikístʹvakuumnodugovihpokrittívtialnmodifíkovanihítríêm AT tolmačevagn mehaníčnívlastivostítaerozíinastíikístʹvakuumnodugovihpokrittívtialnmodifíkovanihítríêm AT vasilʹevvv mechanicalpropertiesanderosionresistanceofthevacuumarccoatingstialnmodifiedwithyttrium AT kovalenkovi mechanicalpropertiesanderosionresistanceofthevacuumarccoatingstialnmodifiedwithyttrium AT lučaninovaa mechanicalpropertiesanderosionresistanceofthevacuumarccoatingstialnmodifiedwithyttrium AT marininvg mechanicalpropertiesanderosionresistanceofthevacuumarccoatingstialnmodifiedwithyttrium AT rešetnâken mechanicalpropertiesanderosionresistanceofthevacuumarccoatingstialnmodifiedwithyttrium AT strelʹnickiive mechanicalpropertiesanderosionresistanceofthevacuumarccoatingstialnmodifiedwithyttrium AT tolmačevagn mechanicalpropertiesanderosionresistanceofthevacuumarccoatingstialnmodifiedwithyttrium |