Особенности структуры и свойств твердых Ti-Al-N и сверхтвердых Ti-Si-N нанокомпозитных покрытий, осажденных PVD в ВЧ разряде

Abstract

Впервые с помощью различных методов (Резерфордовского обратного рассеяния ионов (RBS), сканирующей туннельной микроскопии (STM), растровой электронной микроскопии с микроанализом (SEM c EDS), дифракции рентгеновских лучей (XRD) включая скользящий пучок, измерения нанотвердости (Н), модуля упругости (Е)) проведены исследования нанокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N и Ti-Si-N, конденсированные в вакууме, ионноплазменным осаждением с ВЧ разрядом. Обнаружено то, что модуль упругости Е уменьшается от 420 ГПа до 323 ГПа при увеличении глубины вдавливания наноиндентора, а твердость Н изменяется с увеличением через максимум от 32,3 до 38,3 ГПа с последующим понижением до 30,3 ГПа, в случае твердого покрытия Ti-Al-N. В тоже время, зависимость твердости от нагрузки сверхтвердого покрытия Ti-Si-N уменьшается до 38,4 ГПа с увеличением глубины проникновения индентора, при уменьшении среднего значения модуля упругости от 447,5 до 363±17 ГПа. Строение нанокомпозитных твердых и сверхтвердых покрытий имеет свои особенности и зависит от состояния подложки, условий конденсации, состава фаз и размера их зерен.

За допомогою різних методів (Резерфордівського зворотного розсіяння іонів (RBS), скануючої тунельної мікроскопії (STM), растрової електронної мікроскопії з мікроаналізом (SEM з EDS), дифракцію рентгенівських променів (XRD) включаючи ковзаючий пучок, вимірювання нанотвердості (Н), модуля пружності (Е)) досліджені нанокомпозитні покриття на основі Ti-Al-N і Ti-Si-N конденсовані у вакуумі, іонно-плазмовим осадженням з ВЧ розрядом. Виявлено, що модуль пружності Е зменшується від 420 ГПа до 323 ГПа при збільшенні глибини втискування наноіндентора, а твердість Н змінюється із збільшенням через максимум від 32,3 до 38,3 ГПа з подальшим пониженням до 30,3 ГПа, у разі твердого покриття Ti-Al-N. Разом з тим, залежність твердості від навантаження надтвердого покриття Ti-Si-N зменшується до 38,4 ГПа зі збільшенням глибини проникнення індентора, при зменшенні середнього значення модуля пружності від 447,5 до 363 ± 17 ГПа. Будова нанокомпозитних твердих і надтвердих покриттів має свої особливості і залежить від стану підкладки, умов конденсації, складу фаз та їх розміру зерен.

For the first time, using the Rutherford Back-Scattering of Ions (RBS), scanning tunneling microscopy (STM), scanning electron microscopy with microanalysis (SEM with EDS), a diffraction of X-rays (XRD) including a sliding beam techniques, measurements of nanohardness (H), an elastic modulus (E) and values of elastic recreation (We), material resistance to a plastic deformation and a plasticity index, nanocomposite coatings on Ti-Al-N and Ti-Si-N basis, which were condensed in a vacuum using an ion-plasma deposition with the HF discharge were investigated. We found that the elastic modulus E decreased from 420 GPa to 323 with increasing indentation depth, the hardness H changed from 32.3 to 38.3 GPa first growing through its maximum and subsequently decreasing to 30.3 GPa for a hard coating Ti-Al-N. At the same time, hardness dependence on a load for a superhard Ti-Si-N coating decreased to 38.4 with increasing indentation depth under decreasing average value of the elastic modulus from 447.5 to 363 ± 17 GPa. A construction of nanocomposite hard and superhard coatings has its features and depends on a state of a substrate, conditions of a condensation, phase composition and grain dimensions.