Структура и механические свойства вакуумно-дуговых многослойных конденсатов нитридов титана и его сплавов

Abstract

Изучены структура, элементный состав, микротвердость и модуль упругости многослойных вакуумно-дуговых конденсатов систем TiN/ZrN, TiN/Ti36AlN, TiN/Ti30CrN, полученных с высокими скоростями конденсации (0,3... 0,5мкм/мин) в результате уменьшения расстояния между катодами и подложками (125 вместо 250 мм), а также увеличения тока дугового разряда (до 130...140 А). Для сравнения исследовали аналогичные характеристики однослойных конденсатов TiN, ZrN, Ti36AlN и Ti30CrN, полученных в идентичных условиях. Толщина конденсатов составляла 10...15 мкм; материал подложек Е нержавеющая сталь 12Х17. Установлены зависимости исследуемых характеристик конденсатов от ускоряющего потенциала подложки (Uп = 50...180 В). Определены значения механических характеристик (твердость и модуль упругости нитридных одно- и многослойных конденсатов). На основании полученных данных вычислялось соотношение H³/E*² для этих покрытий, характеризующее уровень сопротивления покрытия пластической деформации. Показано, что микротвердость и соотношение H³/E*² многослойных нитридных конденсатов значительно выше, чем у однослойных. Микротвердость многослойных конденсатов увеличивается с уменьшением регулируемой толщины чередующихся субслоев.

Studied are the structure, element composition, microhardness and modulus of elasticity of multilayer vacuum-arc condensates of TiN/ZrN, TiN/Ti36AlN, TiN/Ti30CrN systems produced at high rates of condensation (0.3...0.5 μm/min) as a result of decrease in distance between the cathodes and substrates (up to 130...140 A). For comparison, similar characteristics of single-layer condensates TiN, ZrN, Ti36AlN and Ti30CrN, produced under similar conditions, were investigated. Thickness of condensates was 10...15 μm; material of substrates was stainless steel 12Kh17. Dependencies of studied characteristics of condensates on accelerated potential of substrate (Us = 50...180 V) were found. Values of mechanical characteristics (hardness and modulus of elasticity of nitride single- and multilayer condensates) were determined. Basing on the obtained results, the ratio H³/E*² was calculated for these coatings, characterizing the level of coating resistance against the plastic deformation. It is shown that the microhardness and ratio H³/E*² of multilayer nitride condensates are much higher than that in single-layer ones. Microhardness of multilayer condensates is increased with decrease of adjustable thickness of alternating sublayers.