Влияние давления азотной атмосферы при осаждении вакуумно-дуговых многопериодных покрытий (Ti, Si)N/MoN на их структуру и свойства

Abstract

Використовуючи комплекс методів структурної інженерії, що включає: елементний аналіз, рентгендифракційні дослідження і вимірювання мікротвердості, в роботі проведено аналіз впливу робочого тиску азотної атмосфери при осадженні (PN) на формування фазово-структурного стану і меанічних властивості многоперіодних вакуумно-дугових покриттів системи (Ti, Si)N/MoN. Показано, що в інтервалі тисків, що використовувалися, PN = 0,05…0,67 Па при підвищенні тиску відбуваються зміни на елементному рівні: зменшується вміст Si, збільшуються – N і відносини Mo/Ti). На фазовому рівні в основному зміни відбуваються в шарах на основі молібдену, де зі збільшенням тиску відбувається перехід Mo → γ-Mo2N → MoN. Найбільша твердість (37,5 ГПа) досягається в цьому випадку при утворенні шарів TiN/γ-Mo2N з ізоструктурною кристалічною решіткою. Використання високотемпературного відпалу (1023 K) дозволяє підвищити твердість покриттів, отриманих при відносно невисокому PN = 0,09 Па, коли через малий вміст азоту можливе формування додаткової твердої фази Ti5Si3.

Используя комплекс методов структурной инженерии включающий: элементный анализ, рентгендифракционные исследования и измерения микротвердости в работе проведен анализ влияния рабочего давления азотной атмосферы при осаждении (PN) на формирование фазово-структурного состояния и механические свойства многопериодных вакуумно-дуговых покрытий системы (Ti,Si)N/MoN. Показано, что в интервале используемых давлений PN = 0,05…0,67 Па при повышении давления происходят изменения на элементном уровне: уменьшается содержание Si, увеличиваются – N и отношения Mo/Ti). На фазовом уровне в основном изменения происходят в слоях на основе молибдена, где с увеличением давления происходит переход Mo → γ -Mo2N → MoN. Наибольшая твердость (37,5 ГПа) достигается в этом случае при образовании слоев TiN/ γ-Mo2N с изоструктурной кристаллической решеткой. Использование высокотемпературного отжига (1023 K) позволяет повысить твердость покрытий, полученных при относительно невысоком PN = 0,09 Па, когда из-за малого содержания азота возможно формирование дополнительной твердой фазы Ti5Si3.

Using complex structural engineering methods, including: elemental analysis, X-ray diffraction studies and microhardness tests, the influence of the operating pressure of nitrogen atmosphere during the deposition (PN) on the formation of phase, structural state, and mechanical properties of multiperiod vacuum arc coatings of the system (Ti, Si)N/MoN has been studied. It is shown that in the range of used pressures PN = 0,05…0,67 Pa, with the increase of pressure, the changes at the element level occur: Si content decreases, N and Mo/Ti ratios increase). At the phase level changes mainly occur in the molybdenum-based layers, where with the increase of pressure, a transition Mo → γ-Mo2N → MoN occurs. Maximum hardness (37.5 GPa) in this case is achieved during the formation of TiN/γ-Mo2N layers with isostructural crystal lattice. The use of high-temperature annealing (1023 K) allows to increase the hardness of the coatings produced at a relatively low PN = 0,09 Pa, when, due to the low content of nitrogen, the formation of additional solid phase Ti5Si3 is possible.