Твердые покрытия Ti-Al-N, осажденные из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы

Abstract

Представлены результаты экспериментов по синтезу Ti-Al-N покрытий из фильтрованного от макрочастиц потока плазмы вакуумно-дугового разряда с Ti-36 вес.% Al катодом. Состав и структура покрытий изучены методами рентгенофлуоресцентного и рентгеноструктурного анализа. Твердость покрытий определялась путем наноиндентирования. Обнаружено, что в пленках, полученных в диапазоне давления N2 (2 – 20)•10^–2 Па при “плавающем” потенциале смещения на подложке – (15 – 30) В, концентрация алюминия по отношению к титану близка к значению в катоде. Подача отрицательного потенциала смещения –150 В приводит к снижению концентрации Al до (28 – 33) вес.%. Установлено, что в основной фазой в пленках является твердый раствор (Ti,Al)N с кубической структурой типа NaCl и размером областей когерентного рассеяния (15 – 20) нм. Синтезированные пленки имеют высокую нанотвердость (40 – 50) ГПа независимо от структурных особенностей фазы (Ti,Al)N, обусловленных влиянием потенциала смещения на подложке.

Представлені результати експериментів по синтезу Ti-Al-N покриттів з фільтрованого від макрочастинок потоку плазми вакуумно-дугового розряду з Ti-36 ваг.% Al катодом. Склад та структура покриттів вивчені методами рентгенофлуоресцентного та рентгеноструктурного аналізу. Твердість покриттів визначалась шляхом наноіндентування. Виявлено, що для плівок, отриманих у діапазоні тиску N2 (2 – 20)•10^–2 Па при „плаваючому” потенціалі зміщення на підкладці – (15 – 30) В, концентрація Al по відношенню до Ti близька до значення у катоді. Подача негативного потенціалу зміщення – 150 В призводить до зниження концентрації Al до (28 – 33) ваг.%. Встановлено, що основною фазою в плівках є твердий розчин (Ti, Al)N з кубічною структурою типу NaCl і розміром областей когерентного розсіювання (15 – 20) нм. Синтезовані плівки мають високу нанотвердість (40 – 50) ГПа незалежно від структурних особливостей фази (Ti, Al)N, що обумовлені впливом потенціалу зміщення на підкладці.

The results of experiments on synthesis of Ti-Al-N coatings from the filtered plasma of the vacuumarc source with the cathode of Ti-36 wt% Al alloy. The composition and structure of the coatings were studied by XRA and XRD methods. The hardness of the coatings was measured with the nanoindenter. At floating substrate potential – (15 – 30) V in N2 pressure range of (2 – 20)•10^–2 Pa the concentration of Al in the coatings relative to titanum is nearly equal to that in the cathode material. At substrate potential value of – 150 V the concentration of Al diminishes to (28 – 33) wt.%. The solid solution (Ti,Al)N of NaCl type structure was found to be the main phase of the coating. The size of coherent scattering zone of the identified phases was found to be of (15 – 20) nm. The coatings deposited in various employed regimes have high nanohardness of (40 – 50) GPa, regardless the structural features of the (Ti, Al)N phase caused by the variations of the negative substrate bias value.