Однослойные и многослойные вакуумно-дуговые покрытия на основе нитрида TiAlSiYN: состав, структура, свойства

Abstract

Используя высокотехнологичное вакуумно-дуговое испарение в атмосфере азота с ионной бомбардировкой, получили однослойные и многослойные покрытия на основе TiAlSiYN с высокими механическими характеристиками: твердостью, достигающей 49,5 ГПа; стойкостью к износу с величиной критической точки Lₑ₅, достигающей 184,92 Н. Выявлены особенности радиационно-стимулированного воздействия при подаче потенциала смещения Uₑₘ: формирование в нитридах покрытий на основе металлической ГЦК-решетки преимущественной ориентации кристаллитов с осью текстуры [111], а также увеличение при этом твердости. При увеличении Uₑₘ от 50 до 200 В твердость как однослойных, так и многослойных покрытий повышается на 40…50%. Формирование при осаждении кремнийсодержащих слоев TiAlSiYN способствует достижению повышенной твердости, которая в случае однослойного покрытия, сформированного при Uₑₘ = -200 В, составляет 49,5 ГПа, что соответствует сверхтвердому состоянию. Обсуждены механизмы формирования структуры, определяющие полученные механические характеристики однослойных и многослойных покрытий на основе нитрида TiAlSiYN.

З використанням високотехнологічного вакуумно-дугового випаровування в атмосфері азоту з іонним бомбардуванням були отримані одношарові і багатошарові покриття на основі TiAlSiYN з високими механічними характеристиками: твердістю, що досягає 49,5 ГПа; стійкістю до зношування з величиною критичної точки Lₑ₅, що досягає 184,92 Н. Виявлено особливості радіаційно-стимульованого впливу при подачі потенціалу зміщення U₃ₘ: формування в нітридах покриттів на основі металевих ГЦК-граток переважної орієнтації кристалітів з віссю текстури [111], а також збільшення при цьому твердості. При збільшенні U₃ₘ від 50 до 200 В твердість як одношарових, так і багатошарових покриттів підвищується на 40…50%. Формування при осадженні шарів TiAlSiYN, що містять кремній, сприяє досягненню підвищеної твердості, яка в одношарового покриття, отриманого при U₃ₘ = -200 В, становить 49,5 ГПа, що відповідає надтвердому стану. Обговорено механізми формування структури, що визначає отримані механічні характеристики одношарових і багатошарових покриттів на основі нітриду TiAlSiYN.

Using high-technological vacuum-arc evaporation in the atmosphere of nitrogen with ion bombardment, single- and multilayer coatings based on TiAlSiYN with high mechanical characteristics were obtained: hardness of the coatings reached 49.5 GPA, resistance to wear, with the value of the critical point Lₑ₅ reaching 184.92 N. The peculiarities of radiation-induced effect at applying bias potential Uₕ were found: formation of nitride coatings based on fcc metallic lattice with the preferred orientation of crystallites with the texture axis [111], as well as simultaneous growth of hardness. Hardness of both single- and multilayer coatings increases by 40…50% at the increase of Uₕ from 50 to 200 V. Formation of silicon-containing layers of TiAlSiYN during the deposition contributes to reaching increased hardness, which, in the case of single-layer coating obtained at Uₕ = -200 V is 49.5 GPA, which corresponds to superhard state. The mechanisms of structure formation, defining the resulting mechanical characteristics of single- and multi-layer coatings based on TiAlSiYN nitride have been discussed.