Thermal Effects on the Surface Morphology of an Ion-plasma Coating

Abstract

Досліджено залежність морфології поверхні іонно-плазмових покриттів від температурного впливу у вакуумі. Покриття формувалися вакуумно-дуговим методом із застосуванням імпульсної високочастотної стимуляції осадження. Для порівняння фрикційних властивостей досліджувалися металеві покриття Ti-Hf, отримані в середовищі аргону, і композитні покриття (Ti-Hf-Si)N. Покриття відпалювалися у високотемпературній печі у вакуумі. Шорсткість покриттів досліджувалася за допомогою профілометра. З метою деталізації структури поверхні покриттів до і після відпалювання здійснювалося дослідження за допомогою атомно-силового мікроскопа. Встановлено, що термічний вплив на поверхню наноструктурованих покриттів істотно змінює морфологію поверхні. Такі зміни призводять до еволюції структурних і фізико-механічних характеристик покриттів. Наводяться результати триботехнічних досліджень покриттів Ti-Hf та (Ti-Hf-Si)N. Проаналізовано результати термічного впливу на зразки нанокомпозитного покриття (Ti-Hf-Si)N. Порівнюються результати дослідження поверхні зазначених покриттів. Виявлено зниження шорсткості покриття (Ti-Hf-Si)N за результатами відпалювання і підвищення твердості до значення 55,7 ГПа. Еволюція морфології поверхні покриттів відбувається в результаті змінювання структури покриття і процесів рекристалізації. Вивчені статистичні характеристики рельєфу поверхні покриттів узгоджуються з іншими експериментальними результатами.

The dependence of the surface morphology of ion-plasma coatings on the temperature influence in vacuum was investigated. The coatings were formed by vacuum-arc method with the use of pulsed highfrequency stimulation of deposition. To compare the frictional properties, Ti-Hf metal coatings obtained in argon medium and (Ti-Hf-Si)N composite coatings were investigated. The coatings were annealed in a high temperature vacuum oven. The roughness of the coatings was investigated using a profilometer. In order to detail the structure of the surface of coatings before and after annealing, a study was carried out using an atomic force microscope. It is established that thermal influence on the surface of nanostructured coatings significantly changes the surface morphology. Such changes lead to the evolution of the structural and physico-mechanical characteristics of the coatings. The results of tribotechnical studies of Ti-Hf and (Ti-HfSi)N coatings are presented. The results of thermal influence on the samples of (Ti-Hf-Si)N nanocomposite coating are analyzed. The results of the study of the surface of these coatings are compared. A decrease in the (Ti-Hf-Si)N coating roughness was found by annealing and an increase in hardness to 55.7 GPa. The evolution of the surface morphology of the coatings is the result of changes in the coating structure and recrystallization processes. The studied statistical characteristics of the relief of the surface of the coatings are consistent with other experimental results.