Структура и механические свойства защитных покрытий Ti–Al–Si–N, осажденных из сепарированной плазмы вакуумной дуги

Abstract

Защитные покрытия системы Ti–Al–Si–N осаждали вакуумно-дуговым методом при распылении катода состава 78Ti–16Al–6Si в азоте. Фазовый состав и субструктура покрытий системы Ti–Al–Si–N были изучены методом рентгеноструктурного анализа, топография покрытий – методом атомно-силовой микроскопии, химический состав определяли рентгенофлюоресцентным методом, твердость и модуль упругости покрытий – методом наноиндентирования. Установлено, что в системе Ti–Al–Si–N при росте давления азота в камере осаждения происходит переход от нанокристаллических (до 0,04 Па) к нанокомпозитным (0,04–0,66 Па) и рентгеноаморфным (0,66–1,1 Па) покрытиям, а при давлении 2,7 Па количество кристаллической фазы опять резко возрастает. Оптимальные механические свойства и максимальную термостабильность имеют покрытия с нанокристаллической структурой и нанокомпозитные с низким содержанием аморфной фазы, твердость которых достигает 47 ГПа.

Захисні покриття системи Ti–Al–Si–N осаджували вакуумно-дуговим методом при розпиленні катода складу 78Ti–16Al–6Si в азоті. Фазовий склад та субструктура покриттів Ti–Al–Si–N були досліджені методом рентгеноструктурного аналізу, топографія покриттів – методом атомно-силової мікроскопії, хімічний склад визначали рентгенофлюоресцентним методом, твердість та модуль пружності покриттів – методом наноіндентування. Встановлено, що в системі Ti–Al–Si–N при зростанні тиску азоту у камері осадження має місце перехід від осадження нанокристалічних (0,01 Па) до нанокомпозитних (0,04–0,66 Па) та рентгеноаморфних (0,66–1 Па) покриттів. При тиску 2,7 Па кількість кристалічної фази в покриттях знову зростає. Оптимальні механічні властивості та максимальну термостійкість мають покриття з нанокристалічною структурою та нанокомпозитні з низьким змістом аморфної фази, твердість яких досягає 47 ГПа.

Protective coatings of Ti–Al–Si–N system have been deposited from vacuum arc by sputtering of 78Ti–16Al–6Si target in nitrogen. Phase composition and substructure of the coatings were studied by X-ray Diffraction (XRD), topography of the coatings – by atomic-force microscopy. Hardness and elastic modulus of coatings were measured by nanoindentation. It was found that transition from deposition of nanocrystalline (up to 0.04 Pa) to nanocomposite (from 0.04 to 0.66 Pa) and amorphous (from 0.66 to 1 Pa) coatings occurs in the Ti–Al–Si–N system with increase of nitrogen pressure in deposition chamber. At pressure of 2.7 Pa the content of crystalline phase increase again. The highest mechanical properties and thermostability have the nanocrystalline coatings and nanocomposites with low content of amorphous phase with hardness up to 47 GPa