Adhesion Strength of TiZrN/TiSiN Nanocomposite Coatings on a Steel Substrate with Transition Layer

Abstract

Вивчено вплив попередньої обробки поверхні на адгезійні властивості вакуумно-дугових покриттів TiZrN/TiSiN на підкладках сталі 12Х18Н9Т. Багатошарові покриття отримували при розпилюванні двох катодів складів (мас. %) 75 Ti + 25 Zr та 94 Ti + 6 Si в одному технологічному циклі з попередньою обробкою, яка могла включати очистку зразків газовою плазмою в двоступеневому газовому розряді або іонним бомбардуванням при дуговому розпиленні катодів, осадження на підкладку підшару при дуговому розпиленні катодів, а також комбінації цих варіантів очищення з нанесенням підшару. При дослідженнях складу, структури і властивостей отриманих композитів "покриття-підкладка" використовували рентгенівський аналіз, електронну мікроскопію, склерометрію і вимірювання мікротвердості. Виявлено особливості деформації і деградації покриттів, сформованих після різних варіантів попередньої підготовки зразків. Величини критичних навантажень при динамічному індентуванні покриттів, зміни при цьому коефіцієнта тертя і рівня сигналу акустичної емісії свідчать про високу адгезійну міцність покриттів (TiZr)N/(TiSi)N, що дозволяє рекомендувати їх для підвищення експлуатаційних характеристик різального інструменту. Наявність проміжного підшару не підвищує стійкість даних покриттів до руйнування, однак уповільнює процес деградації покриттів і згладжує різкі стрибкоподібні зміни властивостей.

Influence of surface pretreatment on adhesion properties of TiZrN/TiSiN vacuum-arc coatings on steel substrates 12Х18Н9Т has been studied. Multilayer coatings were obtained by spraying two cathodes of compositions (mass %) 75 Ti + 25 Zr and 94 Ti + 6 Si in the same technological cycle with pretreatment, which could include cleaning of samples with gas plasma in the two-stage gas discharge or ion bombardment at arc spraying of cathodes, deposition on the substrate at arc spraying of cathodes, as well as combinations of these variants of cleaning with substrates. X-ray analysis, electron microscopy, sclerometry and micro-hardness measurements were used to study the composition, structure and properties of the obtained "coatingsubstrate" composites. The features of deformation and degradation of coatings formed after different variants of preliminary preparation of samples were revealed. Values of critical loads at dynamic indentation of coatings, changes in friction coefficient and level of acoustic emission signal testify to high adhesive strength of (TiZr)N/(TiSi)N coatings, which allows recommending them to increase cutting tool performance. The presence of an intermediate layer does not increase the resistance of these coatings to breakage, but it slows down the process of degradation of coatings and smooths sharp jump changes in properties.