Структура и механические свойства многослойных вакуумнодуговых конденсатов систем Тi/Al и Ti/TiAlSi

Abstract

Исследованы микроструктура, фазовый состав и микротвердость многослойных конденсатов систем Ti/Al и Ti/TiAlSi, полученных вакуумно-дуговым испарением выбранных чистых металлов титана, алюминия и тройного сплава Ti–5,5Al–3,2Si. Толщина слоев в конденсированных композициях регулировалась величиной тока дугового разряда и длительностью последовательного осаждения плазменных потоков на металлические подложки. Многослойные конденсаты с периодами в диапазоне 50...340 нм имели общую толщину 60...80 мкм. Полученные данные микроскопического анализа показывают, что в исследуемых композициях наблюдается чередование непрерывных слоев разнородных материалов. Результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют, что в многослойных конденсатах с ограниченной взаимной растворимостью элементов на межслойных границах раздела процессы взаимодиффузии сопровождаются протеканием реакций с образованием интерметаллидов. На рентгенограммах регистрируются также рефлексы чистых металлов, подтверждающие, что эти реакции не проходят по всей толщине чередующихся слоев разнородных материалов за период их формирования на подложке. Результаты измерения микротвердости многослойных конденсатов показывают, что уменьшение толщины чередующихся слоев ведет к росту твердости получаемых композиций, а наличие интерметаллидов в конденсатах существенно повышает их твердость.

The microstructure, phase composition and microhardness of multilayered Ti/Al and Ti/TiAlSi deposits produced by vacuum-arc evaporation of the pure Ti, Al metals and ternary Ti-5.5Al-3.2Si alloy were studied. A thickness of the layers in deposited composites was controlled by current value of the vacuum discharge and a duration of the successive deposition of plasma fows onto metallic substrates. The multilayered deposits with periods within the range 50...340 nm had the total thickness of 60...80 μm. The obtained results of microscopic analysis show an alternation of the continuous heterogeneous sublayers in the studied composites. The results of XRD analysis show that the processes of interdiffusion take place in the multilayered deposits with limited mutual solubility of the elements at the interlayer boundaries that is followed with reactions of intermetallides formation. The reflexes of pure metals are also registered on X-ray patterns. It means that intermatallids formation does not take place in the whole volume of alternating lamina deposits of different materials during their growth on substrates. The microhardness measurements show that the decrease in thickness of alternating layers results in hardness growth of deposited composites. The presence of the intermetallides in deposits increases substantially their hardness.