Свойства многослойных покрытий Ti/Cu.
Ключевые слова:
покрытие, микроструктура, микротвердость, трениеАннотация
В настоящей работе использовались катоды Ti и Cu. Покрытия наносились на стальные образцы ионно-плазменным методом на вакуумной установки при одновременном распылении указанных выше катодов. Создавались многослойные покрытия следующим образом: в течение 2 минут наносился Ti, затем в течении 2 минут Ti+Cu. Всего наносилось 100 слоев в атмосфере аргона и азота. Электронно-микроскопическое исследование было проведено на растровом электронном микроскопе MIRA 3 фирмы TESCAN. Исследования проводились при ускоряющем напряжении 20 кВ и рабочем расстоянии около 15 мм. Оптическая микроструктура исследовалась на металлографическом микроскопе Эпиквант. Исследование микротвердости покрытий проводилось на микротвердомере HVS-1000 A. Результаты измерения микротвердости TiN+(Ti+Cu)N в азоте показывают увеличение твердости покрытия от стандартного для нитрида титана TiN значения H = 20 до H = 30 ГПа. Электронно-микроскопические исследования показали, что покрытия TiN+(Ti+Cu)N обычно обладают столбчатой структурой с нитевидными зернами диаметром 2–5 нм, вытянутыми в сторону роста. При скольжении нитрида титана TiN по обычной углеродистой стали и комнатной температуре коэффициент трения составляет 0,9, а коэффициент трения многослойного покрытия TiN+(Ti+Cu)N уменьшается в 3 раза и не превышает 0,3. Увеличение твердости покрытия TiN+(Ti+Cu)N и уменьшение коэффициента трения в 3 раза в совокупности приводит к существенному повышению износостойкости. Это особенно важно для режущего инструмента. Если сложить все преимущества полученных покрытий, включая стойкость к высокотемпературному окислению и сравнительно небольшую их стоимость, то можно ожидать, что многослойные покрытия TiN+(Ti+Cu)N найдут широкое применение в металлообрабатывающей промышленности, машиностроении, энергетики и ряде других направлениях.
Библиографические ссылки
"1 Andreasen K.P., Jensen T., Petersen J.H., Chevallier J., Bottiger J., Schell N. The structure and the corresponding mechanical properties of magnetron sputtered TiN–Cu nanocomposites. Surface and Coatings Technology. 2004, Vol. 182, pp. 268 – 275.
Li Z.G., Miyake S., Kumagai M., Saito H., Muramatsu Y. Hard nanocomposite Ti–Cu–N films prepared by d.c. reactive magnetron co-sputtering. Surface and Coatings Technology. 2004, Vol. 183, pp. 62–68.
Myung H.S., Han J.G., Boo J.H. A study on the synthesis and formation behavior of nanostructured TiN films by copper doping. Surface and Coatings Technology. 2004, Vol. 177–178, pp. 404–408.
Zhang L., Ma G.J., Lin G.Q., Han K.C., Ma H. Synthesis of Cu doped TiN composite films deposited by pulsed bias arc ion plating. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research: B. 2014, Vol. 320, pp. 17 – 21.
Gurskih A.V. Development of sintered Ti-Cu, Ti-Si cathodes for ion-plasma deposition of nanostructured nitride coatings. Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences. Tomsk, 2012, 150p.
Ivanov Yu.F., Koval N.N., Krysina O.V. at el. Superhard nanocrystalline Ti–Cu–N coatings deposited by vacuum arc evaporation of a sintered cathode. Surface and Coatings Technology. 2012, Vol.207, pp. 430–434.
Krysina O.V., Ivanov Yu.F., Koval N.N. Thermal stability of nanocrystalline ternary system coatings based on TiN. Russian Physics Journal. 2012, No. 12/2, pp. 179 – 183.
Ivanov Yu.F., Koval N.N., Krysina O.V. at el. Investigation of the effect of impurities on the synthesis of nanocrystalline layers of titanium nitride from electric arc plasma. Russian Physics Journal. 2010, No. 3/2, pp. 119–124.
Krysina O.V. Generation of gas-metal plasma in low-pressure arc discharges for the synthesis of multicomponent nanocrystalline protective coatings. Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences. Tomsk, 2016, 23 p.
Koval N.N., Ivanov Yu.F., Lopatin I.V. at el. Generation of low-temperature gas-discharge plasma in large vacuum volumes for plasma-chemical processes. Russian chemical journal. 2013, Vol. LVII, No. 3-4, pp. 121 – 133.
Krysina OV, Lopatin IV, Koval N.N. at el. Influence of low-pressure arc discharge modes and the gas-discharge plasma generated by it on etching the surface of materials Russian Physics Journal. 2014, No.3/3, pp. 176 – 179.
Dobrzanski L.A., Adamiak M. Structure and properties of the TiN and Ti(CN) coatings deposited in the PVD process on the high-speed steels. Journal of Materials Processing Technology. 2003, Vol. 133, pp. 50 – 62.
Boxman R.L., Zhitomirsky V.N., Grinberg I. at el. Structure and properties of vacuum arc deposited multi-component nitride coatings of Ti, Zr and Nb. Surface and Coatings Technology. 2000, Vol.125, pp. 257 – 260.
Musil J., Vlcek J., Baroch P. Magnetron discharges for thin films plasma processing / Materials surface processing by directed energy techniques. Edited by Y. Pauleau. London: Elsevier, 2006, pp. 67–110.
Blagoveshchensky V.V., Panin I.G. Building a dynamic model of the Frank-Reed dislocation source. Computational technologies. 2008, Vol.13, No. 5, pp. 5 – 11.
Gusev A.I. Nanocrystalline materials: Methods of preparation and properties. Yekaterinburg: NISO UB RAN, 1998, pp. 205 – 212.
Tabakov V.P., Chikhranov A.V. Wear-resistant coating cutting tools operating in continuous cutting. Ulyanovsk: UlSTU, 2007, 255 p.
"
