Физико-механические свойства Ti-Al-N-покрытий, осаждаемых из смешанного двухкомпонентного потока вакуумно-дуговой плазмы

Abstract

Для получения Ti-Al-N-покрытий использовалась вакуумно-дуговая система с двухканальным T-образным магнитным фильтром. Покрытия осаждались путём смешивания потоков фильтрованной плазмы от двух источников с катодами из алюминия и титана в атмосфере азота. Методами рентгеноструктурного анализа и наноиндентирования исследовано влияние концентрации алюминия в покрытии и потенциала подложки на структуру, твёрдость и модуль упругости получаемых покрытий. Установлено, что в покрытиях с содержанием алюминия от 13 до 47 ат.% формируется кубический нитрид на базе TiN со структурой типа NaCl, увеличение концентрации Al до 71 ат.% приводит к формированию нитрида на базе гексагонального AlN со структурой типа вюрцит. Максимум твёрдости 35 ГПа наблюдается в покрытиях с содержанием алюминия 47 ат.%, полученных при потенциале подложки -100 В. Модуль упругости уменьшается по мере роста концентрации Al и отрицательного потенциала подложки.

Для отримання Ti-Al-N-покриттів було використано вакуумно-дугову систему з двоканальним T-подібним магнітним фільтром. Покриття осаджувались в атмосфері азоту шляхом змішування потоків фільтрованої плазми від двох джерел із катодами, які було виготовлено з алюмінію та титану. Методами рентгеноструктурного аналізу та наноіндентування було встановлено вплив концентрації алюмінію в покритті та потенціалу підкладки на структуру, твердість та модуль пружності отриманих покриттів. Встановлено, що в покриттях із вмістом алюмінію від 13 до 47 ат. % формується кубічний нітрид на базі TiN зі структурою типу NaCl, збільшення концентрації Al до 71 ат. % призводить до формування нітриду на базі гексагонального AlN із структурою типу вюрцит. Максимум твердості 35 ГПа спостерігається в покриттях із вмістом алюмінію 47 ат. %, які отримано при потенціалі підкладки -100 В. Модуль пружності зменшується одночасно із зростанням концентрації Al та негативного потенціалу підкладки.

Ti-Al-N films were obtained by vacuum arc system equipped with two-channel T-shaped magnetic filter. The films were deposited by mixing of filtered plasma streams from two sources with cathodes made of aluminium and titanium in nitrogen environment. An influence of aluminium concentration and substrate bias on structure, hardness and elastic modulus of deposited films was studied by X-ray diffraction analysis and nanoindentation techniques. It was found that coatings with aluminium content in range from 13 to 47 at. % are characterized by cubic nitride based on TiN with NaCl structure. An increase of Al content to 71 at. % leads to the formation of hexagonal AlN-based nitride with wurtzite-like structure. Maximum hardness of 35 GPa is observed in films with 47 at. % aluminium concentration and -100 V substrate bias. Elastic modulus falls off along with increase of Al content and negative substrate bias.