Structural Engineering of the Multilayer Vacuum Arc Nitride Coatings Based on Ti, Cr, Mo and Zr

Abstract

The possibilities of structural engineering of multi-period vacuum-arc coatings based on nitrides of transition metals Ti, Cr, Mo, and Zr have been investigated by structural studies (X-ray diffraction and electron microscopy) in combination with measurement of hardness by indentation. The formation of phases with a cubic crystal lattice under nonequilibrium conditions under vacuum arc method of production. The supply of a negative bias potential of – 200V in mononitrides leads to the predominant formation of texture of crystallites with the [111] axis. The introduction of thin (about 10 nm) metal layers leads to a decrease in texture perfection [111] and texture formation [100]. This effect is associated with a change in the stress-strain state of nitride layers. It is determined that the composite multiperiod coatings (Me1N/Me2N)/(Me1/Me2) have a greater hardness and greater resistance compared to MeN/Me. For a multiperiod system with damping metal layers – (ZrN/CrN)/(Zr/Cr), superhard coatings with a hardness of 46 GPa were obtained.

Методами структурных исследований (рентгеновская дифракция и электронная микроскопия) в сочетании с измерением твердости индентированием изучены возможности структурной инженерии многопериодных вакуумно-дуговых покрытий на основе нитридов переходных металлов Ti, Cr, Mo и Zr. Установлено формирование фаз с кубической кристаллической решеткой в неравновесных усло- виях при вакуумно-дуговом методе получения. Подача отрицательного потенциала смещения -200В в мононитридах приводит к преимущественному образованию текстуры кристаллитов с осью [111]. Вве- дение тонких (около 10 нм) металлических прослоек приводит к уменьшению совершенства текстуры [111] и формированию текстуры [100]. Этот эффект связывается с изменением напряженно- деформированного состояния нитридных слоев. Определено, что композиционные многопериодные покрытия (Me1N/Me2N)/(Me1/Me2) имеют большую твердость и большую стойкость по сравнению с MeN/Me. Для многопериодной системы с демпфирующими металлическими слоями – (ZrN/CrN)/(Zr/Cr), получены сверхтвердые покрытия с твердостью 46 ГПа.

Методами структурних досліджень (рентгенівська дифракція і електронна мікроскопія) в поєд- нанні з вимірюванням твердості індентуванням вивчені можливості структурної інженерії багатопе- ріодних вакуумно-дугових покриттів на основі нітридів перехідних металів Ti, Cr, Mo і Zr. Встановле- но формування фаз з кубічною кристалічною решіткою в нерівноважних умовах при вакуумно- дуговому методі отримання. Подача негативного потенціалу зсуву -200В в мононітридах призводить до переважного утворення текстури кристалітів з віссю [111]. Введення тонких (близько 10 нм) мета- левих прошарків призводить до зменшення досконалості текстури [111] і формування текстури [100]. Цей ефект пов'язується зі зміною напружено-деформованого стану нітридних шарів. Визначено, що композиційні багатоперіодні покриття (Me1N/Me2N)/(Me1/Me2) мають високу твердість і високу стій- кість в порівнянні з MeN/Me. Для багатоперіодної системи з демпфірувальними металевими шарами - (ZrN/CrN)/(Zr/Cr), отримані надтверді покриття з твердістю 46 ГПа.