Nanoniechanical Properties of TiN/TiC Multilayer Coatings

Abstract

The structure, the composition and mechanical properties of TiN/TiC multilayer coatings are investigated. All coatings were deposited on H13 hot work tool steel by the pulsed-DC plasma assisted chemical vapor deposition (PACVD). Nanoindentation and nanoscratch tests were carried out by the atomic force microscopy (AFM). The objective is to determine mechanical properties such as hardness, elastic modulus, surface roughness and friction coefficient. The grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) and the field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) were also used to study the crystalline structure of coatings. Increasing the number of layers in coatings increased the elastic modulus and the hardness. Overall superior mechanical properties such as high hardness, the elastic modulus and the scratch resistance rendered to multilayer coatings with 10 layers. This type of coating can be suitable for wear resistance applications.

Досліджено структуру, склад і механічні властивості багатошарових покриттів TiN/ TiC. Всі покриття наносились на зразки з інструментальної сталі марки Н13 методом вакуум-плазмового хімічного осадження парів із пульсуючим розрядом постійного струму. За допомогою атомно-силового мікроскопа було проведено випробування на проникнення наноіндентора та наноцарапання. У результаті визначено такі механічні характеристики: твердість, модуль пружності, шорсткість поверхні і коефіцієнт тертя. Для вивчення кристалічної структури покриттів використовувались метод ковзної рентгенівської дифракції і тунельна сканувальна мікроскопія. Показано, що збільшення кількості шарів покриттів приводить до росту модуля пружності і твердості. Установлено, що покриття з десяти шарів мають високі механічні характеристики (твердість, модуль пружності, опір царапанню), тому покриття такого типу рекомендуються для використання у випадку, якщо потребується їх підвищена зносостійкість.

Исследованы структура, состав и механические свойства многослойных покрытий TiN/TiC. Все покрытия наносилиcь на образцы из инструментальной стали марки H13 методом вакуум-плазменного химического осаждения паров с пульсирующим разрядом постоянного тока. С помощью атомно-силового микроскопа были выполнены испытания по внедрению наноиндентора и наноцарапанию. В результате определены такие механические характеристики: твердость, модуль упругости, шероховатость поверхности и коэффициент трения. Для изучения кристаллической структуры покрытий использовались метод скользящей рентгеновской дифракции и туннельная сканирующая микроскопия. Показано, что с увеличением количества слоев покрытий повышаются модуль упругости и твердость. Установлено, что десятислойные покрытия имеют высокие механические характеристики (твердость, модуль упругости, сопротивление царапанию), поэтому покрытия такого типа рекомендуются для использования в случаях, если требуется их повышенная износостойкость.