Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения
Показано, что в определенных условиях вакуумно-дугового осаждения покрытий на основе сплавов титана с 6… 10 вес.% Si в атмосфере азота формируются сверхтвердые покрытия nc-TiN/a-Si₃N₄ (50…60 ГПа). В отличие от аналогичных покрытий, получаемых методами CVD и PVD (магнетрон), такие покрытия имеют микр...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80239 |
| 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: | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения / В.В. Кунченко, Ю.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов, И.М. Неклюдов, А.А. Мигаль, А.А. Романов, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, Ю.Г. Казаринов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 185-190. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859800206662434816 |
|---|---|
| author | Кунченко, В.В. Кунченко, Ю.В. Картмазов, Г.Н. Неклюдов, И.М. Мигаль, А.А. Романов, А.А. Гладких, Н.Т. Крышталь, А.П. Казаринов, Ю.Г. |
| author_facet | Кунченко, В.В. Кунченко, Ю.В. Картмазов, Г.Н. Неклюдов, И.М. Мигаль, А.А. Романов, А.А. Гладких, Н.Т. Крышталь, А.П. Казаринов, Ю.Г. |
| citation_txt | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения / В.В. Кунченко, Ю.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов, И.М. Неклюдов, А.А. Мигаль, А.А. Романов, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, Ю.Г. Казаринов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 185-190. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Показано, что в определенных условиях вакуумно-дугового осаждения покрытий на основе сплавов титана с 6… 10 вес.% Si в атмосфере азота формируются сверхтвердые покрытия nc-TiN/a-Si₃N₄ (50…60 ГПа). В отличие от аналогичных покрытий, получаемых методами CVD и PVD (магнетрон), такие покрытия имеют микро- и нанослойную структуру. Стойкость обрабатывающего инструмента с такими покрытиями превышает стойкость стандартных покрытий TiN в 2-3 раза в сравнимых условиях испытаний.
Показано, що в певних умовах вакуумно-дугового осадження покриттів на основі сплавів титану з 6...10 ваг. % Si в
атмосфері азоту, формуються надтверді покриття nc-Ti/a-Si₃N₄ (50...60 ГПа). На відміну від аналогічних покриттів,
одержуваних методами CVD й PVD (магнетрон), такі покриття мають мікронанослойну структуру. Стійкість обробного
інструмента з такими покриттями перевищує стійкість стандартних покриттів Ti в 2-3 рази в порівнянних умовах
випробувань.
It is Shown possibility of reception superhard nc-TiN/a-Si₃N₄ coatings by vacuum-arc deposition method with use the alloys
Ti with 6…10 weight % Si. Changes of the phase composition, structured condition, microhardnest and others studied depending
on pressures of nitrogen at condensations. Flaky structure of coating is installed. The brought results of comparative test has
checked against nc-TiN/a-Si₃N₄ coating. Their supremacy is shown in contrast with TiN coating.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:12:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 611-018.54; 621.793.1
НАНОСТРУКТУРНЫЕ СВЕРХТВЁРДЫЕ nc-TiN/а- Si3N4 ПОКРЫТИЯ,
ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО ОСАЖДЕНИЯ
*В.В. Кунченко, *Ю.В. Кунченко, *Г.Н. Картмазов, * И.М. Неклюдов,
**А.А. Мигаль, ***А.А. Романов, ***Н.Т. Гладких, ***А.П. Крышталь, ***Ю.Г. Казаринов
*ННЦ «Харьковский физико-технический институт»;
**АО «Научно-технологический институт транскрипции, трансляции и репликации»;
***Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина
г. Харьков, Украина
Показано, что в определенных условиях вакуумно-дугового осаждения покрытий на основе сплавов титана с 6…
10 вес.% Si в атмосфере азота формируются сверхтвердые покрытия nc-TiN/a-Si3N4 (50…60 ГПа). В отличие от анало-
гичных покрытий, получаемых методами CVD и PVD (магнетрон), такие покрытия имеют микро- и нанослойную струк-
туру. Стойкость обрабатывающего инструмента с такими покрытиями превышает стойкость стандартных покрытий TiN
в 2-3 раза в сравнимых условиях испытаний.
1. ВВЕДЕНИЕ
Анализ научно-технических публикаций свиде-
тельствует о том, что дальнейшее повышение эф-
фективности защитно-упрочняющих, износостойких
покрытий на основе твёрдых (Н ≥ 20…40 ГПа) со-
единений переходных металлов (нитриды, карбиды
и т.п.) может быть достигнуто путём создания нано-
кристаллических [1-5], микронанослойных [6-13]
материалов. Установлено, что при определённых
условиях и соотношениях компонентов, осаждае-
мых методами химического (CVD) и физического
(PVD) осаждения газометаллических плазменных
потоков, формируются покрытия, состоящие из на-
нокристаллов (nc) с размерами d ~ 5 нм нитридов
переходного металла (Ме: Ti, W, Nb и др.), напри-
мер, TiN, которые «обволакиваются» тонким слоем
аморфной (а) фазы (d ~ 2 нм) – А (А: Si, B, C и др.)
соединений типа Si3N4 [1, 14]. Считается, что в мате-
риалах с нанокристаллической структурой процессы
разрушения происходят не по дислокационным ме-
ханизмам (двойникование, скольжение дислокаций,
зернограничное и др.), а осуществляются путём раз-
рыва межатомных связей с высокими энергетиче-
скими барьерами, характерными для соединений
типа нитридов, карбидов. Этим и гетерофазностью
объясняются сверхвысокие твёрдости (Н≥40 ГПа)
получаемых материалов типа nc-TiN/a-Si3N4 и
супертвёрдых (Н~70…100 ГПа) – nc-TiN/a-BN. На
основании известных результатов исследований
очевидна перспективность использования таких ма-
териалов в качестве упрочняющих, износостойких,
термостойких при температурах ≥ 800 ºС. Однако
широкомасштабное использование таких материа-
лов покрытий в промышленности ограничивается
из-за экологически вредных компонентов (хлориды
переходных металлов, силан и др.), применяемых в
разрабатываемых технологических процессах CVD,
CVD+PVD. Использование магнетронного распыле-
ния с целью создания таких покрытий сопряжено с
трудностями обеспечения заданного соотношения
компонентов синтезируемого материала в процессе
осаждения.
В связи с этим целью работы было изучение воз-
можности получения сверхтвёрдых покрытий типа
nc-TiN/а-Si3N4 без применения экологически вред-
ных компонентов осаждаемого потока, используя в
качестве материалов основы покрытий сплавы тита-
на с кремнием в заданных соотношениях Ti/Si и ме-
тод вакуумно-дугового осаждения покрытий в атмо-
сфере азота.
2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ
Покрытия получены с использованием установки
«Булат – 6». В качестве катодов служили сплавы на
основе титана ВТ1-0 с добавками 2, 4, 6 и
10 вес.% Si, полученные методом вакуумно-дугово-
го переплава; в качестве активного газа – азот
(основная примесь 0,5 % кислорода). Покрытия на-
носились на экспериментальные образцы из стали
Х18Н10Т 18х15х2 мм предварительно механически
шлифованные, полированные (Rа = 0,06…0,12 мкм)
и на опытные партии свёрл из Р6М5 диаметром
1,3 мм. Свойства получаемых покрытий изучены в
зависимости от одного из основных параметров,
определяющих фазовый состав, структурное состоя-
ние и другие характеристики, давления азота в про-
цессе конденсации. Остальные параметры осажде-
ния выбраны в пределах значений, обеспечивающих
эффективный синтез нитридов титана: ток разряда
I=100 А; ускоряющий потенциал подложки U=-
200 В, температура подложки Тп=450…650 ºС. Фазо-
вый состав, структурное состояние изучены метода-
ми рентгеновской дифрактометрии с использовани-
ем ДРОН-3.0 и NiКα-излучения; содержание Si в
сплавах и его относительное изменение в получае-
мых покрытиях определено рентгеноспектральным
методом («Спрут»), состояния атомов – элементов
покрытий (Ti, Si, O, N) установлены методом рент-
геновской фотоэлектронной спектроскопии; микро-
структура поверхности и поперечных сечений по-
крытий изучена при помощи электронного (JEOL-
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 185-190.
185
SEI) и оптического ММР-4Р микроскопов; усред-
нённые по 10 измерениям значения микротвёрдости
покрытий толщиной 10…15 мкм получены на ми-
кротвёрдомере ПМТ-3 с нагрузкой на индентор
200 г; стойкостные испытания свёрл проведены
путём сверления мраморизованного известняка.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ, ОБСУЖДЕНИЕ
Морфология поверхности покрытий на основе
сплавов титана с кремнием, полученных в широком
диапазоне давлений азота (10-2…10 Па), характери-
зуется микроячеистой структурой, аналогичной по-
крытиям на основе чистого титана. Наличие
большого количества капель на поверхности (рис. 1)
по сравнению с их содержанием в объёме покрытий
(рис. 2) свидетельствует о том, что в процессе кон-
денсации большая часть остывших капель (шаро-
видной формы) слабо связываются с поверхностью
и «сметаются» потоком ускоренных частиц. В то же
время квазижидкие, как правило, крупные (5…
10 мкм) капли, растекаясь по поверхности, удержи-
ваются на ней и замуровываются осаждаемым пото-
ком.
Рис. 1. Микрофотография поверхности покрытия
Рис. 2. Микроструктура в поперечном сечении
покрытия
Количество капель в покрытии уменьшается с
повышением давления азота при конденсации. При-
чинами тому являются изменения условий каплеоб-
разования в зоне катодного пятна и более эффектив-
ное остывание капель в пролётном пространстве ка-
тод-подложка, увеличение которого также этому
способствует.
Сравнительные исследования микротвёрдости и
состава покрытий на основе сплавов с 2, 4; 6 и
10 вес.% Si и исходного чистого титана в зависимо-
сти от давления азота (РN) при конденсации прове-
дены с целью установления значений PN, при кото-
рых обеспечивается синтез соединений типа nc-
TiN/a-Si3N4 в условиях заданных значений парамет-
ров образования TiNx-соединений (покрытий):
I=100 А; U=-200 В; Тп=450…6500 С при скорости
конденсации V =10 мкм/ч (рис. 3).
Рис. 3. Зависимости микротвёрдости покрытий на
основе сплавов с Si: «А» – 10 вес. %; кр. 1 – 6 веc. %;
кр. 2 – 4 вес. % и сплава ВТ1-0- кр. 3 – исходное со-
стояние; кр. 4 – после длительной выдержки, а
также относительного изменения содержания Si
(пропорционального интенсивности (n) его спек-
тральной линии) в покрытиях на основе сплавов с 6
и 4 вес. % Si (кр. 5 и 6 соответственно)
Из сравнительного анализа полученных ре-
зультатов следует:
1. Немонотонный характер зависимостей Hv от Hv
для покрытий на основе сплавов с кремнием ана-
логичен зависимости для покрытий на основе ис-
ходного титана ВТ1-0 (сравните кр. 1, 2 и 3, 4).
2. Максимальные величины микротвёрдости по-
крытий, содержащих кремний, получены в
диапазонах значений PN, совпадающих с макси-
мальными значениями Hv покрытий TiNx.
3. Такие покрытия характеризуются максимальным
содержанием в них кремния, при этом абсолют-
ные значения максимумов Hv возрастают (кр. 2,
1, «А») с повышением содержания кремния (кр.
5, 6) в покрытии и в исходных сплавах до
10 вес.%.
4. Значения микротвёрдости покрытий на основе
сплава с 2 вес.% Si практически совпадают со
значениями Hv покрытий на основе ВТ1-0 (см.
рис. 3, кр. 3).
5. Максимальные значения микротвёрдости покры-
тий на основе сплавов титана с кремнием со вре-
менем выдержки более года практически не из-
меняются, в то время как на основе ВТ1-0 – су-
щественно уменьшаются (сравните кр. 3 – исход-
ная; кр. 4 – после выдержки).
Немонотонный характер зависимости микрот-
вёрдости от давления азота для системы Ti-N2 опре-
деляется изменениями фазово-структурного состоя-
ния получаемых материалов покрытий [9, 10]. Мак-
симальные значения микротвёрдости таких покры-
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 185-190.
186
тий в диапазоне давлений азота 0,06 …0,3 Па и
2…8 Па обусловлены гетерофазностью их состава и
высоким уровнем микроискажений кристалличе-
ской структуры составляющих фаз. Этим, в частно-
сти, объясняется нестабильность их микротвердости
во времени. Более равновесными оказываются по-
крытия, получаемые в области давлений 0,2…
0,8 Па, состоящие преимущественно из TiN-состава,
близкого к стехиометрическому. Совпадение харак-
тера зависимости микротвердости от давления азота
для обоих видов покрытий даёт основания для пони-
мания общности природы изменения микротвёрдо-
сти от этого параметра. Учитывая то, что нитриды
титана и кремния практически не взаимодействуют
[1], следует полагать, что более высокие значения
покрытий, содержащих кремний, обеспечиваются
формированием гетерофазных композитов на осно-
ве нанокристаллических (nc) TiN и аморфных
(а) а-Si3N4 [14]. Для проверки этого предположения
проведены рентгендифрактометрические исследова-
ния фазового состава покрытий, а для установления
характера межатомных связей их компонентов ис-
пользован метод рентгеновской фотоэлектронной
спектроскопии (РФЭС).
Установлено, что в процессе осаждения потоков
плазмы вакуумно-дугового разряда в вакууме
0,0001 Па при использовании в качестве распыляе-
мых катодов из сплавов титана с кремнием образу-
ются покрытия, состоящие из Ti и соединения TiSi
(рис. 4). Микротвёрдость таких покрытий ~ 10 ГПа.
Рис. 4. Дифрактограмма покрытия на основе
исходного сплава Ti = 6 вес. % Si
Покрытия на основе сплавов титана с 6 и
10 вес.% Si, полученные при давлении азота 0,01 Па,
имеющие микротвёрдость ~ 50…60 ГПа, состоят из
TiN, Ti 2N с параметрами решетки: а = 0,4945 нм; с =
0,3034 нм и а =0,4140 нм; с = 0,8805 нм Si3N4. На-
личие гало под малыми углами отражения рентге-
новских лучей в интервале 2 Θ = 13...24о и на его
фоне малоинтенсивных максимумов, соответствую-
щих соединению Si3N4, свидетельствуют о его квази-
аморфном состоянии (рис. 5, кр.1; таблица).
Рис. 5. Фрагменты дифрактограмм покрытий на
основе Ti + 6 вес. % Si (кр. 1) и ВТ1-0 (кр.2), полу-
ченных при давлении азота PN = 0.01 Па
Дифрактометрические данные покрытий на
основе Ti + 6 вес. % Si, полученного при давле-
нии азота PN = 1х10-1 Па
20 dЭ
I (hkl),
отн. ед. dT Фаза
13,4 7,11
18,0 4,87
21,0 4,55
24,3 3,94
Гало
6,7 α-Si3N4
4,32 α-Si3N4
3,88 α-Si3N4
25,0 3,83 15 Ti2N
26,9 3,56 30 3,37 α1-Si3N4
35,5 2,721 45 2,598 TiN,
Ti2N
39,4 2,461 170 2,440 TiN,
Ti2N
45,9 2,123 30 2,116 TiN,
Ti2N
50,1 1,95 10 Ti2N
59,9 1,659 10 1,726 Ti, Ti2N
62,5 1,599 10 1,580 Ti2N
65,4 1,536 8 1,523 Ti2N
66,8 1,507 18 1,495 TiN,
71,5 1,42 10 1,475 Ti2N, Ti
75,0 1,363 10 1,332 Ti, Ti2N
80,5 1,284 25 1,275 TiN,
Ti2N
84,6 1,233 24 1,248 Ti2N,
TiN
85,1 1,227 1,227 TiN,
Ti2N
ДРОН – 3, излучение – NiKα; U = 24 kV; I = 5 mA
Относительно слабая интенсивность дифракци-
онных максимумов фаз, их размытость и взаимное
наложение свидетельствуют о высокой степени ис-
кажений кристаллической структуры и малой ве-
личине области когерентного рассеяния (о.к.р.), в то
же время они не позволяют произвести количествен-
ную оценку микронапряжений и размеров о.к.р. Од-
нако качественное сравнение дифрактограмм,
например, покрытия, осажденного при PN = 0,01 Па,
с дифрактограммой покрытия TiN, полученного в
аналогичных условиях, для которого определены ве-
личины микродеформаций ε=0,003, о.к.р. L= 20…
30 нм, позволяет оценить размеры о.к.р. на уровне <
20 нм.
Снижение микротвёрдости с повышением давле-
ния азота в интервале 0,2…1 Па обусловлено умень-
шением количества низших нитридов и соединений
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 185-190.
187
кремния с азотом. При этом возрастание интенсив-
ности дифракционных максимумов TiNx и снижение
уровня интенсивности некогерентного рассеяния
рентгеновских лучей, искажений кристаллической
решетки свидетельствуют о более равновесных
условиях формирования структур покрытий. В плос-
кости конденсации, как и в случае синтеза нитридов
титана на основе чистого титана, преимущественно
ориентируются {111} плоскости TiN (рис. 6).
Конденсация в области давлений азота выше
1 Па обусловливает образование текстуры
(110) (111) TiN в плоскости конденсации, что свиде-
тельствует об изменении условий формирования
структуры. При этом вновь возрастает уровень ин-
тенсивности некогерентного рассеяния, обусловлен-
ного увеличением содержания низших нитридов ти-
тана и соединений кремния.
Рис. 6. Дифрактограммы покрытий на основе
Ti + 6 вес. % Si, полученных при различных
значениях давления азота
Более высокие значения макронапряжений сжа-
тия приводят к растрескиванию покрытий, получен-
ных в области давлений ~ 8 Па.
Характер зависимости макронапряжений (рис. 7)
и их величина практически совпадают с макро-
напряжениями в покрытиях на основе TiN, получае-
мых в аналогичных условиях осаждения.
Рис. 7. Зависимости от давления азота величин
о.к.р. (L), микродеформаций кристаллической ре-
шетки TiNx (δ), плотности дислокаций (ρ), сжима-
ющих макронапряжений (σ1) в покрытиях на основе
ВТ1-0 и (σ2) – на основе Ti + 6 вес. % Si
Качественное сравнение изменений интенсивно-
стей дифракционных максимумов, уровня некоге-
рентного рассеяния, хода зависимостей макронапря-
жений от PN для покрытий на основе кремнийсодер-
жащих сплавов с аналогичными зависимостями для
TiN-покрытий даёт основание для утверждения о
том, что получаемые покрытия с максимальными
значениями микротвёрдости Hv = 50…60 ГПа имеют
гетерофазную структуру с размером о.к.р. ≤ 20 нм
TiN-составляющей и квазиаморфную фазу. Наряду с
дифрактометрическими данными рентгеновские
фотоэлектронные спектры Si2P покрытий с макси-
мальными значениями Hv показывают (рис. 8), что
атомы Si находятся в Si3N4-состоянии.
Рис. 8. Рентгеновские фотоэлектронные спектры
Si2P покрытий на основе Ti + 6 вес. % Si
Таким образом, полученные результаты свиде-
тельствуют о том, что в определенных условиях ва-
куумно-дугового осаждения покрытий на основе
сплавов титана с кремнием формируются гетеро-
фазные наноструктурные сверхтвёрдые покрытия
типа nc-TiN / a– Si3N4. При этом механизм их фор-
мирования соответствует модели, предложенной
Veprek [1]. В соответствии с этой моделью nc-TiN
покрыты тончайшим (~2…3 нм) слоем аморфной
фазы Si3N4. Об этом свидетельствует наличие гало
под малыми углами отражения рентгеновских лучей
на дифрактограммах покрытий, полученных практи-
чески во всём изученном диапазоне давлений азота.
Однако условия синтеза этих соединений с измене-
нием PN меняются (изменяется состав и состояние
атомов и молекул – компонентов плазменного пото-
ка), что обусловливает соответствующие изменения
уровней макро- и микронапряжений, характера и
степени совершенства текстуры TiN. В частности,
наличие наряду с аморфной (гало) кристаллической
фазы Si3N4 способствует формированию квазиизо-
тропной TiN-фазы путём блокирования роста её за-
родышей [15].
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 185-190.
188
В отличие от модели [14], где кристаллиты TiN
обволакиваются аморфной фазой, создавая дисперс-
ную систему, в случае вакуумно-дугового осажде-
ния формируется нанослойная структура. Мы пола-
гаем, что это является следствием радиационно-сти-
мулированного перераспределения компонентов по-
тока, осаждаемого в приповерхностной зоне радиа-
ционного воздействия ионов, бомбардирующих по-
верхность конденсации. Слоистый характер струк-
туры покрытий обнаруживается в зоне разрушения
под воздействием сосредоточенной нагрузки – вне-
дрения алмазной пирамиды с её поворотом на ко-
нечном этапе нагружения. Это создаёт сдвиговые
напряжения, приводящие к наблюдаемому характе-
ру послойного разрушения (рис. 9).
При нормальном нагружении получаемые отпе-
чатки индентора свидетельствуют о высокой пла-
стичности (отсутствуют радиальные микротрещины
(рис. 10)) при высоких значениях микротвёрдости
(50…60 ГПа) покрытий толщиной 15 мкм.
Лабораторные испытания сверл диаметром
1,3 мм из стали Р6М5 с покрытием nc-TiN/a-Si3N4
свидетельствуют об увеличении их стойкости в 2-3
раза по сравнению со сверлами со стандартными
TiN-покрытиями и в 8-10 раз по сравнению с исход-
ными (рис. 11).
Рис. 9. Слоистое разрушение nc-TiN/a– Si3N4 покры-
тия в плоскости конденсации под воздействием
сдвиговых напряжений при внедрении алмазной пи-
рамидки
Рис. 10. Характер разрушения покрытия при
нормальном нагружении алмазного индентора
Рис. 11. Результаты испытаний сверл из Р6М5
в исходном состоянии (1); со стандартными
TiN-покрытиями (2) и с покрытиями
nc-TiN/a– Si3N4 (3)
Испытания проведены сверлением мраморизо-
ванного известняка в соответствии с требованиями
ГОСТ на глубину, равную 3…4 диаметрам сверла.
За критерий стойкости принято количество сверле-
ний (n) до затупления сверла.
4. ВЫВОДЫ
Показана возможность синтеза сверхтвердых (HV
≥ 50 ГПа) нанокристаллических покрытий на основе
композита nc-TiN / a-Si3N4 в условиях вакуумно-ду-
гового осаждения без использования экологически
вредных компонентов осаждаемого потока в от-
личие от известных методов получения таких по-
крытий (CVD).
Изучены зависимости от давления азота при кон-
денсации фазового состава структурного состояния,
микротвердости и др. характеристик покрытий на
основе сплавов титана с различным содержанием в
них кремния.
Установлены оптимальные параметры осажде-
ния и состав исходных сплавов, обеспечивающих
получение покрытий заданного состава.
ЛИТЕРАТУРА
1.Stan Veprek, P. Nesladek, A. Niederhofer, H. Mannel-
ing, M. Silek. Superhard nanocristalline composites:
present status of the research and possible industrial ap-
plications //Surface Engineering: Science and Technol-
ogy I; The Minerals, Metals and Materials society,
1999, p. 219–231.
2.Stan Veprek. The search for novel, superhard materi-
als //Y. Vac. Sci Technol. A 17(5) sept. 1999, p. 2401–
2420.
3.P. Nesladek, S. Veprek. Superhard nanocrystalline
composites with hardness of diamond //Phys. stat. sol.
(a). 2000, v.177, p. 53–62.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 185-190.
189
4.А. Karimi, Y. Wang, T. Cselle, M. Morstein. Fracture
mechanisms in nano scale layerd hard thin films //Thin
solid films. 2002, v. 420-421, p. 275–280.
5.Y. Musil and Y. Vlaek. Physical and mechanical of
hard nanocomposite films prepared by magnetron sput-
tering //5th conf. Of modification of materials with parti-
cle beams and plasma flows proceedings. Tomsk. Rus-
sia, 24-29 sept. 2000, p. 393–398.
6.P. Th. Hovsepian, W.D. Münz. Recent progress in
large-scale productions of nanoscale multilayer //Super-
lattice hard coatings 12th Intern. School on vacuum
electron and technol. 17-21 sept. 2001. Varna Bulgaria,
p. 27–36.
7.В.Г. Брень, В.В. Кунченко, В.В. Локошко и др. Из-
носостойкие нитридсодержащие покрытия на осно-
ве сплавов молибдена, полученные методом КИБ
//Защита металлов. 1981, т. 17, №3,
с. 284–289.
8.И.И. Аксенов, В.Г. Брень, В.В. Кунченко и др. По-
крытия на основе нитридов компонентов стали
Х18Н10Т, полученные способом КИБ //ФиХОМ.
1981, №3, с. 100–104.
9.В.В. Кунченко, А.А. Андреев, Г.Н. Картмазов.
Структура и свойства эрозионно-стойких вакуумно-
дуговых покрытий на основе нитридов титана
//Научные ведомости. (Бел. гос. университет). Се-
рия «Физика». 2001, №2 (15), c. 21–25.
10.В.В. Кунченко, И.И. Аксенов. Формирование
TiNx покрытий конденсацией плазмы дуги низкого
давления с положительным анодным падением по-
тенциала //Вопросы атомной науки и техники. Се-
рия «Физика радиационных повреждений и радиа-
ционное материаловедение». 2000, №4, с. 165–172.
11.В.В. Кунченко. Материалофизические исследова-
ния покрытий КИБ //Вопросы атомной науки и тех-
ники. Серия «Физика радиационных повреждений и
радиационное материаловедение. 1998, в. 1(67)-
2(68), с. 125–127.
12.А.А. Романов. Применение технологии КИНТ
для упрочнения инструмента //Оборудование и
инструмент для профессионалов. 2002, №12, с. 8–9.
13.В.Т. Толок, А.А. Романов, В.И. Фареник,
В.А. Завалеев, И.М. Неклюдов, В.В. Кунченко,
Ю.В. Кунченко. Эрозионно-стойкие покрытия на
основе нитридов титана, получаемые модифициро-
ванным методом вакуумно-дугового осаждения
//Вестник Харьковского университета. Серия «Фи-
зика. Ядра, частицы, поля» 2003, № 585, в. 1(2),
с. 103–108.
14.S. Christiansen, M. Albert, H.P. Strunk, S. Veprek.
Microstructure of novel superhard nanocristalline-amor-
phous composites as analyzed by high resolution trans-
mission electron microscopy //J. Vac. Sci. Technolog.
1998, v. 16(1), Jan./Feb., p. 19–22.
15.Z.G. Li, J.L. He, T. Matsumoto, T. Mori, S. Miyake,
Y. Muramatsu. Preparation of nanocomposite thin films
by ion beam and plasma based sputtering processes
//Surf. Coat. Techn. 2003, v. 173-174, p. 1140–1144.
НАНОСТРУКТУРНІ НАДТВЕРДІ nc-Ti/а- Si3N4- ПОКРИТТЯ, ОТРИМАНІ МЕТОДОМ
ВАКУУМНО-ДУГОВОГО ОСАДЖЕННЯ
В.В. Кунченко, Ю.В. Кунченко, Г.М. Картмазов, І.М. Неклюдов,
А.А. Мігаль, А.А Романов, Н.Т. Гладкіх, О.П. Кришталь, Ю.Г. Казаринов
Показано, що в певних умовах вакуумно-дугового осадження покриттів на основі сплавів титану з 6...10 ваг. % Si в
атмосфері азоту, формуються надтверді покриття nc-Ti/a-Si3N4 (50...60 ГПа). На відміну від аналогічних покриттів,
одержуваних методами CVD й PVD (магнетрон), такі покриття мають мікронанослойну структуру. Стійкість обробного
інструмента з такими покриттями перевищує стійкість стандартних покриттів Ti в 2-3 рази в порівнянних умовах
випробувань.
NANOSTRUCTURE SUPERHARD nc-TiN / a-Si3N4 COATINS, GOT BY VACUUM-ARC DEPOSITION
METHOD
V.V. Kunchenko, Yu.V. Kunchenko, G.N. Kartmazov, I.M. Neklyudov,
A.A. Migal, A.A. Romanov, N.T. Gladkih, A.P. Kristal, Yu.G. Kazarinov
It is Shown possibility of reception superhard nc-TiN/a-Si3N4 coatings by vacuum-arc deposition method with use the alloys
Ti with 6…10 weight % Si. Changes of the phase composition, structured condition, microhardnest and others studied depending
on pressures of nitrogen at condensations. Flaky structure of coating is installed. The brought results of comparative test has
checked against nc-TiN / a-Si3N4 coating. Their supremacy is shown in contrast with TiN coating.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 185-190.
190
1. ВВЕДЕНИЕ
2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ
3. РЕЗУЛЬТАТЫ, ОБСУЖДЕНИЕ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80239 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:12:17Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кунченко, В.В. Кунченко, Ю.В. Картмазов, Г.Н. Неклюдов, И.М. Мигаль, А.А. Романов, А.А. Гладких, Н.Т. Крышталь, А.П. Казаринов, Ю.Г. 2015-04-13T18:14:50Z 2015-04-13T18:14:50Z 2006 Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения / В.В. Кунченко, Ю.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов, И.М. Неклюдов, А.А. Мигаль, А.А. Романов, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, Ю.Г. Казаринов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 185-190. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80239 611-018.54; 621.793.1 Показано, что в определенных условиях вакуумно-дугового осаждения покрытий на основе сплавов титана с 6… 10 вес.% Si в атмосфере азота формируются сверхтвердые покрытия nc-TiN/a-Si₃N₄ (50…60 ГПа). В отличие от аналогичных покрытий, получаемых методами CVD и PVD (магнетрон), такие покрытия имеют микро- и нанослойную структуру. Стойкость обрабатывающего инструмента с такими покрытиями превышает стойкость стандартных покрытий TiN в 2-3 раза в сравнимых условиях испытаний. Показано, що в певних умовах вакуумно-дугового осадження покриттів на основі сплавів титану з 6...10 ваг. % Si в атмосфері азоту, формуються надтверді покриття nc-Ti/a-Si₃N₄ (50...60 ГПа). На відміну від аналогічних покриттів, одержуваних методами CVD й PVD (магнетрон), такі покриття мають мікронанослойну структуру. Стійкість обробного інструмента з такими покриттями перевищує стійкість стандартних покриттів Ti в 2-3 рази в порівнянних умовах випробувань. It is Shown possibility of reception superhard nc-TiN/a-Si₃N₄ coatings by vacuum-arc deposition method with use the alloys Ti with 6…10 weight % Si. Changes of the phase composition, structured condition, microhardnest and others studied depending on pressures of nitrogen at condensations. Flaky structure of coating is installed. The brought results of comparative test has checked against nc-TiN/a-Si₃N₄ coating. Their supremacy is shown in contrast with TiN coating. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения Наноструктурні надтверді nc-Ti/а-Si₃N₄-покриття, отримані методом вакуумно-дугового осадження Nanostructure superhard nc-TiN/a-Si₃N₄ coatins, got by vacuum-arc deposition method Article published earlier |
| spellingShingle | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения Кунченко, В.В. Кунченко, Ю.В. Картмазов, Г.Н. Неклюдов, И.М. Мигаль, А.А. Романов, А.А. Гладких, Н.Т. Крышталь, А.П. Казаринов, Ю.Г. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| title | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения |
| title_alt | Наноструктурні надтверді nc-Ti/а-Si₃N₄-покриття, отримані методом вакуумно-дугового осадження Nanostructure superhard nc-TiN/a-Si₃N₄ coatins, got by vacuum-arc deposition method |
| title_full | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения |
| title_fullStr | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения |
| title_full_unstemmed | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения |
| title_short | Наноструктурные сверхтвёрдые nc-TiN/а-Si₃N₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения |
| title_sort | наноструктурные сверхтвёрдые nc-tin/а-si₃n₄ покрытия, полученные методом вакуумно-дугового осаждения |
| topic | Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| topic_facet | Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80239 |
| work_keys_str_mv | AT kunčenkovv nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT kunčenkoûv nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT kartmazovgn nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT neklûdovim nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT migalʹaa nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT romanovaa nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT gladkihnt nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT kryštalʹap nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT kazarinovûg nanostrukturnyesverhtverdyenctinasi3n4pokrytiâpolučennyemetodomvakuumnodugovogoosaždeniâ AT kunčenkovv nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT kunčenkoûv nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT kartmazovgn nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT neklûdovim nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT migalʹaa nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT romanovaa nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT gladkihnt nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT kryštalʹap nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT kazarinovûg nanostrukturnínadtverdínctiasi3n4pokrittâotrimanímetodomvakuumnodugovogoosadžennâ AT kunčenkovv nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT kunčenkoûv nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT kartmazovgn nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT neklûdovim nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT migalʹaa nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT romanovaa nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT gladkihnt nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT kryštalʹap nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod AT kazarinovûg nanostructuresuperhardnctinasi3n4coatinsgotbyvacuumarcdepositionmethod |