Study of elemental and structural phase composition of multilayer nanostructured TiN / MoN coatings, their physical and mechanical properties

Abstract

Ця стаття представляє результати дослідження багатошарових покриттів TiN/MoN. Покриття були отримані шляхом вакуумно-дугового нанесення. Товщина періоду нанорозмірних шарів у покритті складала λ = 8, 25, 50 і 100 нм. Загальна товщина покриттів складала до 8.4 мкм. Зразки досліджувалися за допомогою РЕМ, ПЕМ, ЕДС, РЗР, РСА, МСВІ та наноіндентування. Фактичні значення товщини зразків виявились дещо більшими за очікувані (у більшості випадків на 25 %). Було виявлено формування двофазної системи: стехіометричного TiN (ГЦК) і кубічного γ -Mo2N (ГЦК). Максимальні значення твердості й модуля пружності були отримані для покриття з γ = 8 нм: H = 47 ГПа, E = 470 ГПа. Були розраховані індекс пластичності та його залежність від періоду шарів (λ). Най- більш пластичним покриттям виявився зразок з H / E = 0.1.

В статье представлены результаты исследования многослойных покрытий TiN/MoN. Покрытия были получены с использованием вакуумно-дугового нанесения. Толщина периода наноразмерных слоѐв в покрытиях составляла λ = 8, 25, 50 и 100 нм. Общая толщина покрытий составляла до 8.4 мкм.Образцы изучались с помощью РЭМ, ПЭМ, ЭДС, РОР, РСА, МСВИ и наноиндентирования. Фактические значения толщин образцов оказались несколько бо льшими ожидаемых (в большинстве случаев примерно на 25 %). Было обнаружено формирование двухфазной системы: стехиометрический TiN (ГЦК) и кубический γ-Mo2N (ГЦК). Максимальные значения твѐрдости и модуля упругости были получены для покрытия с λ = 8 нм: H = 47 ГПа, E = 470 ГПа. Были рассчитаны индекс пластичности и его зависимость от периода слоѐв ((λ). Наиболее пластичным покрытием оказался образец с H/E = 0.1.

This paper presents the results of investigation multilayer TiN / MoN coatings. Coatings were fabricated using Arc-PVD method. Period thickness of nanoscale layers in coatings was λ = 8, 25, 50 and 100 nm. The total thickness of coatings was up to 8.4 m. Samples were studied using SEM, TEM, EDS, RBS, XRD, SIMS and nanoindentation. The actual thickness of the layers has a few larger values than expected (in most cases per 25 %). The formation of two phases was found: stoichiometric TiN (fcc) and cubic γ-Mo2N (fcc). Maximum values of hardness and elasticity modulus were obtained for coating with λ= 8 nm: H = 47 GPa, E = 470 GPa. Plasticity index and its dependence on the thickness of layer period (λ) were calculated. The most plastic coating was the sample with H / E = 0.1.