Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики

Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики

В работе рассмотрено влияние периода слоев на увеличение микротвердости до 39 ГПа многослойного вакуумно-дугового покрытия MoN/CrN. Показано, что ионная очистка хромом и молибденом поверхности подложки приводит к образованию зоны взаимной диффузии, улучшающей адгезионные свойства. Многослойные MoN/C...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Журнал физики и инженерии поверхности
Дата:2016
Автор: Столбовой, В.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2016
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117010
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:Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики / В.А. Столбовой // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 3. — С. 320-328 . — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117010
record_format dspace
spelling Столбовой, В.А.
2017-05-18T19:03:59Z
2017-05-18T19:03:59Z
2016
Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики / В.А. Столбовой // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 3. — С. 320-328 . — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
2519-2485
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117010
669.295.539.121
В работе рассмотрено влияние периода слоев на увеличение микротвердости до 39 ГПа многослойного вакуумно-дугового покрытия MoN/CrN. Показано, что ионная очистка хромом и молибденом поверхности подложки приводит к образованию зоны взаимной диффузии, улучшающей адгезионные свойства. Многослойные MoN/CrN покрытия при осаждении на поверхность подложки с потенциалом –20 В приводят к образованию нетекстурированного покрытия с коэффициентом трения около 0,15. Производственные испытания показали увеличение ресурса работы инструмента с вакуумно-дуговым покрытием MoN/CrN до 6 раз по сравнению с инструментом без покрытия.
У роботі розглянуто вплив періоду шарів на збільшення мікротвердості до 39 ГПа багатошарового вакуумно-дугового покриття MoN/CrN. Показано, що іонне очищення хромом і молібденом поверхні підкладки призводить до утворення зони взаємної дифузії, яка поліпшує адгезійні властивості. Багатошарові MoN/CrN покриття при осадженні на поверхню підкладки з потенціалом –20 В призводять до утворення нетекстурованого покриття з коефіцієнтом тертя близько 0,15. Виробничі випробування показали збільшення ресурсу роботи інструменту з вакуумно-дуговим покриттям MoN/CrN до 6 разів у порівнянні з інструментом без покриття.
The paper considers the influence of the period of the layers to increase the micro-hardness up to 39 GPa multilayer vacuum arc coating MoN/CrN. It is shown that ion cleaning of chromium and molybdenum substrate leads to the formation of the interdiffusion zone improves adhesion properties. Multilayer MoN/CrN coating deposited on the substrate surface potential of –20 V to result in formation of non-oriented coating with a friction coefficient of about 0.15. Production tests have shown an increase in tool life with vacuum arc coating MoN/CrN to 6 times compared with the uncoated tool.
Автор выражает благодарность доктору технических наук, старшему научному сотруднику Бересневу Вячеславу Мартыновичу
ru
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
Журнал физики и инженерии поверхности
Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики
Вплив товщини періоду багатошарового покриття MoN/CrN на фізико-механічні характеристики
Effect of thickness of period multilayer coatings MoN/CrN on physical and mechanical properties
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики
spellingShingle Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики
Столбовой, В.А.
title_short Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики
title_full Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики
title_fullStr Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики
title_full_unstemmed Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики
title_sort влияние толщины периода многослойного покрытия mon/crn на физико-механические характеристики
author Столбовой, В.А.
author_facet Столбовой, В.А.
publishDate 2016
language Russian
container_title Журнал физики и инженерии поверхности
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
format Article
title_alt Вплив товщини періоду багатошарового покриття MoN/CrN на фізико-механічні характеристики
Effect of thickness of period multilayer coatings MoN/CrN on physical and mechanical properties
description В работе рассмотрено влияние периода слоев на увеличение микротвердости до 39 ГПа многослойного вакуумно-дугового покрытия MoN/CrN. Показано, что ионная очистка хромом и молибденом поверхности подложки приводит к образованию зоны взаимной диффузии, улучшающей адгезионные свойства. Многослойные MoN/CrN покрытия при осаждении на поверхность подложки с потенциалом –20 В приводят к образованию нетекстурированного покрытия с коэффициентом трения около 0,15. Производственные испытания показали увеличение ресурса работы инструмента с вакуумно-дуговым покрытием MoN/CrN до 6 раз по сравнению с инструментом без покрытия. У роботі розглянуто вплив періоду шарів на збільшення мікротвердості до 39 ГПа багатошарового вакуумно-дугового покриття MoN/CrN. Показано, що іонне очищення хромом і молібденом поверхні підкладки призводить до утворення зони взаємної дифузії, яка поліпшує адгезійні властивості. Багатошарові MoN/CrN покриття при осадженні на поверхню підкладки з потенціалом –20 В призводять до утворення нетекстурованого покриття з коефіцієнтом тертя близько 0,15. Виробничі випробування показали збільшення ресурсу роботи інструменту з вакуумно-дуговим покриттям MoN/CrN до 6 разів у порівнянні з інструментом без покриття. The paper considers the influence of the period of the layers to increase the micro-hardness up to 39 GPa multilayer vacuum arc coating MoN/CrN. It is shown that ion cleaning of chromium and molybdenum substrate leads to the formation of the interdiffusion zone improves adhesion properties. Multilayer MoN/CrN coating deposited on the substrate surface potential of –20 V to result in formation of non-oriented coating with a friction coefficient of about 0.15. Production tests have shown an increase in tool life with vacuum arc coating MoN/CrN to 6 times compared with the uncoated tool.
issn 2519-2485
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117010
citation_txt Влияние толщины периода многослойного покрытия MoN/CrN на физико-механические характеристики / В.А. Столбовой // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 3. — С. 320-328 . — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT stolbovoiva vliânietolŝinyperiodamnogosloinogopokrytiâmoncrnnafizikomehaničeskieharakteristiki
AT stolbovoiva vplivtovŝiniperíodubagatošarovogopokrittâmoncrnnafízikomehaníčníharakteristiki
AT stolbovoiva effectofthicknessofperiodmultilayercoatingsmoncrnonphysicalandmechanicalproperties
first_indexed 2025-11-26T00:08:24Z
last_indexed 2025-11-26T00:08:24Z
_version_ 1850592145535139840
fulltext 320 Журнал фізики та інженерії поверхні, 2016, том 1, № 3, сс. 320–328; Журнал физики и инженерии поверхности, 2016, том 1, № 3, сс. 320–328; Journal of Surface Physics and Engineering, 2016, vol. 1, No. 3, pp. 320–328 © Столбовой В. А., 2016 УДК:669.295.539.121 ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЕРИОДА МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ MoN/CrN НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В. А. Столбовой Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина Поступила в редакцию 30.09.2016 В работе рассмотрено влияние периода слоев на увеличение микротвердости до 39 ГПа много- слойного вакуумно-дугового покрытия MoN/CrN. Показано, что ионная очистка хромом и молиб- деном поверхности подложки приводит к образованию зоны взаимной диффузии, улучшающей адгезионные свойства. Многослойные MoN/CrN покрытия при осаждении на поверхность под- ложки с потенциалом –20 В приводят к образованию нетекстурированного покрытия с коэффи- циентом трения около 0,15. Производственные испытания показали увеличение ресурса работы инструмента с вакуумно-дуговым покрытием MoN/CrN до 6 раз по сравнению с инструментом без покрытия. Ключевые слова: многослойное покрытие MoN/CrN, наноструктура, содержание азота, ми- кротвердость, давление рабочего газа, упрочнение поверхности режущего инструмента. ВПЛИВ ТОВЩИНИ ПЕРІОДУ БАГАТОШАРОВОГО ПОКРИТТЯ MoN/CrNНА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ В. О. Столбовий У роботі розглянуто вплив періоду шарів на збільшення мікротвердості до 39 ГПа багато- шарового вакуумно-дугового покриття MoN/CrN. Показано, що іонне очищення хромом і молібденом поверхні підкладки призводить до утворення зони взаємної дифузії, яка поліпшує адгезійні властивості. Багатошарові MoN/CrN покриття при осадженні на поверхню підкладки з потенціалом –20 В призводять до утворення нетекстурованого покриття з коефіцієнтом тертя близько 0,15. Виробничі випробування показали збільшення ресурсу роботи інструменту з ваку- умно-дуговим покриттям MoN/CrN до 6 разів у порівнянні з інструментом без покриття. Ключові слова: багатошарове покриття MoN/CrN, наноструктура, вміст азоту, мікротвердість, тиск робочого газу, зміцнення поверхні ріжучого інструменту. EFFECT OF THICKNESS OF PERIOD MULTILAYER COATINGS MoN/CrN ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES V. A. Stolbovoy The paper considers the influence of the period of the layers to increase the micro-hardness up to 39 GPa multilayer vacuum arc coating MoN/CrN. It is shown that ion cleaning of chromium and molybdenum substrate leads to the formation of the interdiffusion zone improves adhesion properties. Multilayer MoN/ CrN coating deposited on the substrate surface potential of –20 V to result in formation of non-oriented coating with a friction coefficient of about 0.15. Production tests have shown an increase in tool life with vacuum arc coating MoN/CrN to 6 times compared with the uncoated tool. Keywords: multi-layer coating MoN/CrN, nanostructure, nitrogen, micro-hardness, working gas pressure, hardening of the surface of the cutting tool. ВВЕДЕНИЕ Современное развитие промышленности дик- тует новые требования по упрочнению и сни- жению износа деталей машин, узлов агрегатов и инструмента. Наиболее перспективным и широко применимым методом упрочнения поверхности является нанесение вакуумно- дуговых покрытий нитридов тугоплавких металлов. Этот метод позволяет произво- дить предварительную очистку и активацию поверхности деталей в вакууме, что в даль- нейшем приводит к хорошей адгезии между покрытием и упрочняемой деталью [1]. Эти нитридные покрытия достигают твердости 25–32 ГПа и обладают хорошими износос- тойкими свойствами при резании [2–5]. Но такая твердость приводит к повышению хруп- кости материала покрытия, и зачастую эти покрытия не работоспособны при ударных и знакопеременных нагрузках. В. А. СТОЛБОВОЙ 321ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 Для снижения хрупкости в дуговых покрытиях применяется методика нане- сения слоистых систем с чередованием твердого и мягкого слоя либо нитридных слоев раз личных элементов. Многослойные вакуумно-дуговые покрытия позволяют умень шить величину внутренних напря- жений и снизить хрупкость, но микротвер- дость при этом не снижается относительно монослойныхнитридых покрытий, а зачас- тую и несколько увеличивается до 40 ГПа [6, 7] Наиболее успешными нитридными ма- териалами в покрытиях, напыляемых на режущий инструмент, являются нитриды молибдена и хрома. До недавнего времени [8–11] такие многослойные покрытия прак- тически не изучались, но в отдельности нитриды хрома и молибдена достаточно ши- роко используются в производстве [1, 12, 13]. Поэтому исследования влияния режимов нанесения MoN/CrN на изменение физико- механических свойств в этих покрытиях яв- ляется востребованным. МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ВАКУУМНО– ДУГОВЫХ MoN/CrNПОКРЫТИЙ Вакуумно-дуговые многослойные MoN/CrN покрытия были нанесены в модифицирован- ной установке «БУЛАТ-6», принципиальная схема которой показана на рис. 1. Образцы были расположены на металлическом плос- ком подложкодержателе, который находится на расстоянии 200 мм от испарителей хрома и молибдена. В качестве образцов использовались полированные подложки из нержавеющей стали 12Х18Н9Т с размерами 18 × 18 × 3 мм, которые предварительно промывали щелочным раствором в ультразвуковой ванне и затем нефрасом С2-80/120. Вакуумную ка- меру откачивали до давления Р = 0,3⋅10–3 Па. и производили ионную очистку и активацию поверхности подложек бомбардировкой ио- нами металлов, подавая отрицательный по- тенциал –1300 В на подложку. Ток дуги для молибдена составлял 120 A, а для хрома — 100 A. Процесс очистки производился 10–15 минут при непрерывном вращении по- дложкодержателя. После очистки в вакууме и разогрева образцов производили нанесе- ние слоя чистого материала катода в тече- ние 1 мин. Затем производили осаждение многослойных покрытий в течение 1 часа. Для этого экран располагали перпендикуляр- но плазменным потокам от катодов. Давле- ние азота в вакуумной камере при осаждении покрытий составляло 0,4 Па. Токи дуги со- ставляли 120 A для молибдена и 100 A для хрома. Отрицательный потенциал на под- ложке составлял 20 В. Скорость осаждения многослойных покрытий в среднем состав- ляла 3 нм/с. Время напыления многослойных MoN/CrN покрытий составляло 1 час. Для управления процессом нанесения многослойных покрытий использовали ко- мандо-контроллер [14]. Командо-контроллер одновременно включает оба испарителя, про- исходит осаждение с одной стороны экрана слоя MoN, а с другой стороны слоя CrN. Время напыления каждого слоя составля- ло 300 с, 150 с, 80 с, 40 с. После нанесения первого слоя оба испарителя выключаются, поворотный механизм разворачивает экран на 180°, и снова включаются оба испарителя. Такой режим осаждения продолжается в те- чение 1 часа. Фазово-структурный анализ прово- дился методом рентгеновской диф рак- тометрии в излучении Cu-kα. Раз деление профилей на составляющие осущест- влялось с использованием пакета про- грамм «NewProfile». Элементный состав 1 6 Мо –7 120 А + 9 – 20 В 8 + 100 А 7– Сr 5 4 N 3 2 + Рис. 1. 1 — вакуумная камера, 2 — металлический экран, 3 — натекатель азота, 4 — напыляемые образцы, 5 — испаритель хрома, 6 — испаритель молибдена, 7 — источники питания дуги, 8 — источник питания под- ложки, 9 — поворотный механизм ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЕРИОДА МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ MoN/CrN НА ФИЗИКО-МЕХАНИЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 322 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 исследовался энерго дисперсионным методом на растровом электронном микроскопе FEI NovaNanoSEM 450. Твердость измерялась методом микроиндентирования с пирамидой Виккерса в качестве индентора при нагрузках 50 и 100 г. Исследование производилось на микротвердомере ДМ-8. Фотографии поперечных срезов много- слойных покрытий были получены на ми- кроскопе Quanta 200 3D с использованием детектора вторичных электронов, который обладает наибольшим латеральным разреше- нием (до 3,5 нм). Съемка изображений про- водилась в режиме высокого вакуума. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Для улучшения адгезионных свойств между поверхностью подложки и напыляемым покрытием применяется ионная очистка, приводящая к образованию переходной зоны (рис. 2), показанной серым цветом на материа ле подложки. Т. к. очистка мета- ллическими ионами происходит в высоком вакууме р = 0,001 Па и при отрицательном потенциале на подложке 1300 В, это приво- дит к бомбардировке поверхности ионами Mo и Cr и, как следствие, к разогреву по- дложки и ее частичному распылению. Однако небольшое количество материала катода все же осаждается на поверхности подложки и может диффундировать на не- большую глубину материала, таким образом происходит формирование переходного слоя между покрытием и подложкой (рис. 2). Выше над переходным слоем указан под- слой чистого хрома и молибдена с взаимным перемешиванием. Толщина слоев составляет 14–16 нм для Mo и 10–12 нм для Cr. Столь малая толщина слоев связана с тем, что после очистки на прямом пучке осаждается небольшой слой при непрерывном испаре- нии катодов с непрерывно вращающимся по- дложкодержателем (рис. 2). Управление условиями нанесения тол- щинами нитридных слоев в многослойном покрытии MoN/CrN приводит и к изменению механических характеристик. При нанесении относительно толстых периодов h ≈ 2,5 мкм в многослойном покрытии MoN/CrN форми- руются слои с разными толщинами рис. 3 (а, б) при интервале осаждения 300 с. Общая толщина покрытия (рис. 3а) со- ставляет приблизительно 14,1 мкм. Неточ- ность связана с толщиной переходной зоны между покрытием и подложкой и неровнос- тью за счет капельной фазы на поверхности покрытий. Черные слои на рис. 3 это слои MoN, а светлые — CrN. Толщина MoN не- сколько выше, чем CrN. Это связано с тем, что скорости осаждения разные (для хрома 3 нм/с, для молибдена 4,5 нм/с). Микротвер дость та- кого покрытия составляет Н = 26 ГПа. Эта ми- кротвердость соответствует микротвердости для однослойных покрытий на основе хрома. Уменьшение толщины периода h ≈ 1мкм приводит и к существенному уменьшению П ер ех од ны й сл ой П одслой М о/С r Рис. 2. Поперечный срез на границе подложка — много- слойное покрытие а б Рис. 3. Вакуумно-дуговое многослойное (11 слоев) MoN/CrN покрытие с интервалом 300 с В. А. СТОЛБОВОЙ 323ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 общей толщины покрытия до 13,3 мкм, рис. 4 (а, б). Это связано с увеличением коли- чества срабатываний поворотного механиз- ма при отключении испарителей Mо и Cr. Микротвердость покрытия возрастает до Н = 28 ГПа. При большем увеличении (рис. 4в) в мно- гослойном покрытии видны четкие границы слоев и не заметно взаимное перемешивание. Капельная фаза, присутствующая внутри слоев, приводит к смещению и неровностям следующего слоя, но через 1–3 слоя иска- жения в слоях исчезают. Однако если капли достаточно большие и расположены на по- верхности (рис. 4г), то количество слоев, необходимое для выравнивания слоев, увеличивается. На (рис. 5а, б, в) показана общая толщи- на покрытия, нанесенного при интервале осаждения 80 с. Общая толщина при таком режиме осаждения за 1 час уменьшается до 12,2 мкм (рис. 5а). Толщина периода состав- ляет 526 нм, и, как видно из рис. 4б, слои MoN так же больше, чем CrN. Слоистая структура полностью повторя- ет рельеф поверхности материала подложки, но через определенное количество периодов покрытие и слои, в частности, становятся более ровными. При большем увеличении а б в г Рис. 4. Вакуумно-дуговое многослойное (24 слоя) MoN/CrN покрытие с интервалом 150 с а б в П ереходны й слой Рис. 5. Вакуумно-дуговое многослойное (44 слоя) MoN/CrN покрытие с интервалом 80 с ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЕРИОДА МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ MoN/CrN НА ФИЗИКО-МЕХАНИЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 324 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 (рис. 5в) замечена взаимная диффузия и об- разование переходных слоев на границах разных элементов покрытия MoN и CrN. Такие изменения в структуре покрытия при- водят к увеличению микротвердости до Н = 30 ГПа. Снижение интервала напыления до 40 се- кунд на один слой приводит к уменьше- нию общей толщины покрытия до 11,7 мкм (рис. 6а). Снижение периода слоев до 273 нм приводит к увеличению размытости на гра- ницах слоев (рис. 6в) и увеличению микрот- вердости до Н = 32 ГПа. Дальнейшее уменьшение толщины пери- ода до h = 25 нм и меньше в многослойном покрытии MoN/CrN приводит к существенно- му увеличению микротвердости до Н = 39 ГПа и уменьшению дифракционных пиков рис. 7. Осаждение многослойных покрытий с не- большим отрицательным потенциалом на подложке 20 В приводит к формированию одинакового типа кристаллической решетки структурного типа В1 (ГЦК типа NaCl). Пре- имущественная ориентация роста кристалли- тов с осью [311], перпендикулярной плоскости роста, связана с относительным усилением ин- тенсивности соответствующего рефлекса. При этом в слоях CrN такой тип текстуры более выраженный. Содержание азота в покрытии составляет порядка 19 ат. % [8]. Увеличение микротвердости при умень- шении периода слоев в многослойном ва- куумно-дуговом покрытии полностью со гласуется с моделями и теориями, вы дви- нутыми J. S. Koehler [15], в которых пока- зано, что улучшение механических свойств многослойных покрытий при уменьше- нии каждого из слоев до уровня 1–20 нм связано с переходом в нанометровую об- ласть толщин чередующихся слоёв, что, в свою очередь, подавляет формирование дислокаций, а разница в модулях упру- гости разных элементов соседних слоёв подавляет мобильность дислокаций. Veprek S. несколько дополнил эффекты упрочнения таких многослойных структур и связал их со следствием бомбардировки энергичными ионами в процессе осаждения слоёв при отрицательном напряжении смещения на образце, приводящем к уплотнению границ слоёв и повышению остаточных напряжений [16, 17]. а б в П ереходны й слой Рис. 6. Вакуумно-дуговое многослойное (88 слоев) MoN/CrN покрытие с интервалом 40 с 1400 1200 1000 I, ar b. u n. 800 600 400 200 0 30 40 2θ, degr. 50 60 70 80 1 2 3 4 (3 11 )γ -M o 2 N (3 11 )C rN (3 11 )γ -M o 2 N (3 11 )C rN (2 00 )C rN /γ -M o 2 N (1 11 )C rN /γ -M o 2 N Рис. 7. Участки дифракционных спектров покрытий, полученных при отрицательном потенциале на под- ложке 20 В и давлении азота 0,4 Па при разной толщи не слоев: 1 — 300 нм, 2 — 70 нм, 3 — 20 нм, 4 — 12 нм [9] В. А. СТОЛБОВОЙ 325ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 Создание многослойных покрытий с на но- метровым периодом слоев приводит к улуч- шению прочностных характеристик самого покрытия. На рис. 8 показаны возможные механизмы, влияющие на прочность по кры- тия. В первую очередь возникшая трещина расщепляется на границах зерен и, как след- ствие, происходит смещение трещины в пе- реходном слое на границах разных слоев. В переходном слое происходит снижение внутренних напряжений покрытия, а если толщина периода слоя десятки нанометров, то может возникнуть так называемая нано- пластичность, описанная H. Hollek в [18, 19]. Наибольшая микротвердость при наи- меньших толщинах периода слоя позволяет использовать такое покрытие для упрочне- ния поверхности инструмента, работающе- го по труднообрабатываемым материалам, а небольшой коэффициент трения около 0,15 [8] позволяет снизить наволакива- ние и прилипание металла к режущей по- верхности инструмента. В частности, на рис. 9, показаны конусные фрезы (торец ø 3,0 и ø 3,4 мм) из твердого сплава (YL10,2) с многослойным MoN/CrN покрытием и на- именьшими периодом слоев 10–20 нм. Работоспособность фрезы с многослойным покрытием MoN/CrN при обработке деталей из легированной конструкционной стали 18ХГТ (HRC 20–22) увеличивается до 1200 деталей по сравнению с 200 деталями при работе фрезы без покрытия. ВЫВОДЫ 1. Используемая в работе методика ион- ной очистки упрочняемых деталей приводит к внедрению атомов хрома и молибдена в ма- териал подложки и образованию зоны вза- имной диффузии, улучшающей адгезионные свойства. 2. Уменьшение периода слоев в многослой- ном вакуумно-дуговом MoN/CrN покрытии приводит к увеличению микротвердости до 39 ГПа, однако коэффициент трения прак- тически не изменяется и составляет около 0,15. 3. В многослойных вакуумно-дуговых покрытиях MoN/CrN с толщиной периода слоя от 600 нм и ниже обнаруживается в про- межутках между слоями переходная зона; показано ее влияние на прочностные харак- теристики самого покрытия. Расщепление трещины на границе зерен, разветвление трещины, релаксация напряжений Смещение трещины на границе слоев Образование переходного слоя, расслоение на промежуточные слои Пластическая деформация на границах диссипации энергии и релаксации трещин, уменьшение распространения трещины Переходный слой или границы слоев Подложка Слой «а» Слой «б» Слой «а» Слой «б» Трещина Трещина Трещина Рис. 8. Механизмы повышения прочности в многослойных нитридных покрытиях Рис. 9. Конусная фреза с многослойным вакуумно-дуго- вым покрытием MoN/CrN ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЕРИОДА МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ MoN/CrN НА ФИЗИКО-МЕХАНИЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 326 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 4. Такая методика подготовки поверхности и нанесения многослойного покрытия дала возможность решить проблему увеличения ресурса роботы твердосплавного инструмен- та до 6 раз. Автор выражает благодарность доктору технических наук, старшему научному со- труднику Бересневу Вячеславу Мартыновичу. ЛИТЕРАТУРА 1. Андреев А. А., Саблев Л. П., Григорьев С. Н. Вакуумно-дуговые покрытия. — Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010 — 318 с. 2. Андреев А. А., Соболь О. В., Горбань В. Ф., Столбовой В. А., Сердюк И. В. Влияние ре- жимов вакуумно-дугового осаждения в сре- де азота на фазовый состав, субструктурные характеристики и механические свойства нанокристаллических покрытий системы Mo-N // Физическая инженерия поверхно- сти. — 2010, Т. 8, № 3–4. — С. 179–183. 3. Андреев А. А., Соболь О. В., Горбань В. Ф., Столбовой В. А., Сердюк И. В. Получение вакуумно-дуговых высокотвердых Mo-N покрытий // Физическая инженерия поверх- ности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 4–9. 4. Соболь О. В., Андреев А. А., Столбо- вой В. А., Фильчиков В. Е. О возможности управления фазово-структурным и напря- женным состояниями вакуумно-дуговых наноструктурных покрытий системы Mo-N путем подачи потенциала смещения на подложку в процессе осаждения // Письма в ЖТФ. — 2012. — Т. 38, № 4. — С. 26–33. 5. Соболь О. В., Андреев А. А., Столбо- вой В. А., Пинчук Н. В., Мейлехов А. А. Закономерности формирования структуры покрытий CrN, полученных вакуумно-дуго- вым испарением в атмосфере азота // Жур- нал нано- та електронної фізики. — 2015. — Т. 7, № 1. 6. Соболь О. В., Андреев А. А., Григорь- ев С. Н., Горбань В. Ф., Столбовой В. А., Сердюк И. В., Фильчиков В. А. Законо- мерности структурообразования при ваку- умно-дуговом осаждении многослойных наноструктурных TiN-MoN покрытий // Восточно-Европейский журнал передо- вых технологий. — 2011. — № 6/5 (50). — С. 4–9. 7. Pogrebnjak A. D., Bondar O. V., Erdyba eva N. K., Plotnikov S. V., Turbin P. V., Gran kin S. S., Stolbovoy V. A., Sobol O. V., Kolesnikov D. A., Kozak C. Influence of thermal annealing and deposition conditions on structure and physical-mechanical properties of multilay- ered nanosized TiN/ZrN coatings // Рrzegląd elektrotechniczny. — 2015. — Vol. 2015, No. 12. — P. 228–233. 8. Береснев В. М., Соболь О. В., Погреб- няк А. Д., Гранкин С. С., Столбовой В. А., Турбин П. В., Мейлехов А. А., Арсеен- ко М. Ю. Структурная инженерия вакуум- но-дуговых покрытий системы MoN-CrN // Письма в ЖТФ. — 2016. — Т. 42, вып. 10. — С. 70–77. 9. Береснев В. М., Соболь О. В., Столбо- вой А. В., Литовченко С. В., Колесни- ков Д. А., Немченко У. С., Мейлехов А. А., Постельник А. А. Влияние на механические характеристики толщины слоев в много- слойных покрытиях MoN/CrN, осаждаемых под действием отрицательного потенциала смещения // Журнал нано- та електронної фізики. — 2016. — Т. 8, № 1. — Р. 01043 (5 c). 10. Гранкин С. С., Береснев В. М., Соболь О. В., Литовченко С. В., Столбовой В. А., Колесни- ков Д. А., Мейлехов А. А., Постельник А. А., Торяник И. Н. Влияние высоковольтно- го постоянного потенциала смещения на структуру и свойства многослойного ком- позиционного материала MoN/CrN с раз- ной толщиной слоев // ВАНТ. — 2016. — № 1(101). — С. 154–159. 11. Beresnev V. M., Klimenko S. A., Sobol’ O. V., Grankin S. S., Stolbovoi V. A., Turbin P. V. Novikov V., V., Meilekhov A. A., Litovchen- ko S. V., Malikova L. V. Effect of the deposition parameters on the phase–structure state, hard- ness, and tribological characteristics of Mo2N/ CrN vacuum-arc multilayer coatings // Journal of Superhard Materials. — 2016. — Vol. 38, Issue 2. — P. 114–122. 12. Аксенов И. И., Аксенов Д. С., Андреев А. А., Белоус В. А., Соболь О. В. Вакуумно-дуго- вые покрытия технологи, материалы, струк- тура, свойства. — Харьков: ННЦ ХФТИ, 2015. —379 с. 13. Аксенов И. И., Андреев А. А., Белоус В. А., Стрельницкий В. Е., Хороших В. М. Ва- куумная дуга: источники плазмы, осажде ние В. А. СТОЛБОВОЙ 327ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 покритий, поверхностное моди фи ци ро- вание ННЦ ХФТИ. — Киев: Наукова думка, 2012. — 727 с. 14. Руденко В. П., Столбовой В. А., Сер- дюк И. В., Картмазов К. Г. Система управле- ния нанесением сверхтвердых нанослойных ва куумно-дуговых покрытий // Восточно- европейский журнал передовых техноло- гий. — 2010. — Т. 6/1(48). — С. 66–69. 15. Koehler J. S. Attempt to design a strong solid// Phys. Rev. B, 2. — 1970. — Р. 547–551. 16. Veprek S., Reiprich S. A concept for the design of novel superhard coatings // TSF. — 1995. — Vol. 268. — Р. 64–71. 17. Nanostructured Coatings for High Performance Tools // Werkzeug Technik, 2003. — Vol. 77. 18. Hollek H., Schulz H. Advanced layer material constitution // TSF. — 1987. — Vol. 153. — Р. 11–17. 19. Hollek H., Shier V. Multilayer PVD coatings for wear protection // SCT. — 1995. — Vol. 76–77. — Р. 328–336. LITERATURA 1. Andreev A. A., Sablev L. P., Grigor’ev S. N. Vakuumno-dugovye pokrytiya. — Har’kov: NNC HFTI, 2010 — 318 p. 2. Andreev A. A., Sobol’ O. V., Gorban’ V. F., Stolbovoj V. A., Serdyuk I. V. Vliyanie rez- himov vakuumno-dugovogo osazhdeniya v srede azota na fazovyj sostav, substrukturnye harakteristiki i mehanicheskie svojstva nano- kristallicheskih pokrytij sistemy Mo-N // Fizicheskaya inzheneriya poverhnosti. — 2010. — Vol. 8, No. 3–4. — P. 179–183. 3. Andreev A. A., Sobol’ O. V., Gorban’ V. F., Stolbovoj V. A., Serdyuk I. V. Poluchenie vakuumno-dugovyh vysokotverdyh Mo-N pok rytij // Fizicheskaya inzheneriya poverh- nosti. — 2011. — Vol. 9, No. 1. — P. 4–9. 4. Sobol’ O. V., Andreev A. A., Stolbovoj V. A., Fil’chikov V. E. O vozmozhnosti upravleniya fazovo-strukturnym i napryazhennym sostoya- niyami vakuumno-dugovyh nanostrukturnyh pokrytij sistemy Mo-N putem podachi po- tenciala smescheniya na podlozhku v processe osazhdeniya // Pis’ma v ZhTF. — 2012. — Vol. 38, No. 4. — P. 26–33. 5. Sobol’ O. V., Andreev A. A., Stolbovoj V. A., Pinchuk N. V., Mejlehov A. A. Zakonomer- nosti formirovaniya struktury pokrytij CrN, poluchennyh vakuumno-dugovym ispareniem v atmosfere azota // Zhurnal nano- ta elektron- noї fіziki. — 2015. — Vol. 7, No. 1. 6. Sobol’ O. V., Andreev A. A., Grigor’- ev S. N., Gorban’ V. F., Stolbovoj V. A., Ser- dyuk I. V., Fil’chikov V. A. Zakonomernosti strukturoobrazovaniya pri vakuumno-du- go-vom osazhdenii mnogoslojnyh nano- struk-turnyh TiN-MoN pokrytij // Vos- toch no-Evropejskij zhurnal peredovyh teh no logij. — 2011. — No. 6/5 (50). — P. 4–9. 7. Pogrebnjak A. D., Bondar O. V., Erdy- baeva N. K., Plotnikov S. V., Turbin P. V., Grankin S. S., Stolbovoy V. A., Sobol O. V., Kolesnikov D. A., Kozak C. Influence of thermal annealing and deposition conditions on structure and physical-mechanical properties of multilayered nanosized TiN/ZrN coatings // Rrzegląd elektrotechniczny — 2015. — Vol. 2015, No. 12. — P. 228–233. 8. Beresnev V. M., Sobol’ O. V., Pogrebnyak A. D., Grankin S. S., Stolbovoj V. A., Turbin P. V., Mejlehov A. A., Arseenko M. Yu. Strukturnaya inzheneriya vakuumno-dugovyh pokrytij si- stemy MoN-CrN // Pis’ma v ZhTF. — 2016. — Vol. 42, vyp. 10. — P. 70–77. 9. Beresnev V. M., Sobol’ O. V., Stolbo- voj A. V., Litovchenko S. V., Kolesnikov D. A., Nemchenko U. S., Mejlehov A. A., Po- stel’nik A. A. Vliyanie na mehanicheskie harakteristiki tolschiny sloev v mnogoslojnyh pokrytiyah MoN/CrN, osazhdaemyh pod dejstviem otricatel’nogo potenciala smes- cheniya // Zhurnal nano- ta elektronnoї fіziki. — 2016. — Vol. 8, No. 1. — P. 01043 (5 p). 10. Grankin S. S., Beresnev V. M., Sobol’ O. V., Litovchenko S. V., Stolbovoj V. A., Koles- nikov D. A., Mejlehov A. A., Postel’nik A. A., Toryanik I. N. Vliyanie vysokovol’tnogo po stoyannogo potenciala smescheniya na struk turu i svojstva mnogoslojnogo kom- po zicionnogo materiala MoN/CrN s raznoj tol schinoj sloev // VANT. — 2016. — No. 1(101). — P. 154–159. 11. Beresnev V. M., Klimenko S. A., So- bol’ O. V., Grankin S. S., Stolbovoi V. A., Turbin P. V. Novikov V. V., Meilekhov A. A., Li tovchenko S. V., Malikova L. V. Effect of the deposition parameters on the phase-structure state, hardness, and tribological characteristics ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЕРИОДА МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ MoN/CrN НА ФИЗИКО-МЕХАНИЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 328 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 3, vol. 1, No. 3 of Mo2N/CrN vacuum-arc multilayer coatings. // Journal of Superhard Materials. — 2016. — Vol. 38, Issue 2. — P. 114–122. 12. Aksenov I. I., Aksenov D. S., Andreev A. A., Belous V. A., Sobol’ O. V. Vakuumno-dugovye pokrytiya tehnologi, materialy, struktura, svojstva. — Har’kov: NNC HFTI, 2015. — 379 p. 13. Aksenov I. I., Andreev A. A., Belous V. A., Strel’nickij V. E., Horoshih V. M. Va kuumnaya duga: istochniki plazmy, osazhdenie pokritij, poverhnostnoe modi ficirovanie NNC HFTI. — Kiev: Naukova dumka, 2012. — 727 p. 14. Rudenko V. P., Stolbovoj V. A., Serdyuk I. V., Kartmazov K. G. Sistema upravleniya nane- seniem sverhtverdyh nanoslojnyh va kuumno- dugovyh pokrytij // Vostochno-evropejskij zhurnal peredovyh tehnologij. — 2010. — Vol. 6/1(48). — P. 66–69. 15. Koehler J. S. Attempt to design a strong solid // Phys. Rev. B, 2. — 1970. — P. 547–551. 16. Veprek S., Reiprich S. A concept for the design of novel superhard coatings // TSF. — 1995. — Vol. 268. — P. 64–71. 17. Nanostructured Coatings for High Performance Tools // Werkzeug Technik, 2003. — Vol. 77. 18. Hollek H., Schulz H. Advanced layer material constitution // TSF. — 1987. — Vol. 153. — P. 11–17. 19. Hollek H., Shier V. Multilayer PVD coatings for wear protection // SCT. — 1995. — Vol. 76–77. — P. 328–336.

Схожі ресурси