Использование смеси газов (C2H2+N2) для получения высокотвердых карбонитридных покрытий на основе молибдена

Abstract

Изучено влияние рабочего давления и соотношение компонент смеси газов (C2H2+N2) на элементный и фазовый составы, структуру и физико-механические характеристики формируемых вакуумно-дуговых покрытий на основе вольфрама. Показано, что для высокотемпературного применения, нитриды менее предпочтительны по сравнению с карбидами. В температурном интервале осаждения 400-550 °С в результате плазмо-химических реакций при составе газовой атмосферы 80% C2H2+20% N2 максимальное содержание атомов азота в покрытии не превышает 1,5 ат.%. Для состава 40% C2H2+60% N2 максимальное соотношение N/C (в ат.%) повышается до 10,5 % при максимальном давлении 3×10 – 3Торр. Относительное содержание атомов азота увеличивается с повышением давления смеси. Плазменно-химические реакции при осаждении в смеси газов приводят к форми- рованию фаз с нанометровым размером кристаллитов и фазовым составом на основе 𝜸- MoC (80% C2H2+20% N2) и фаз 𝜸-MoC и 𝜸-Mo2N (при меньшем содержании C2H2 (40% C2H2+60% N2) в газовой смеси. Установлено, что определяющим фактором повышения твердости является рабочее давление смеси газов при осаждении. При наибольшем давлении 3×10 – 3Торр, когда формируется текстура [100] нанокристаллитов карбида молибдена (𝜸-MoC) достигается сверхтвердое состояние с твердостью 50,5 ГПа.

Вивчено вплив робочого тиску та співвідношення компонент суміші газів (C2H2+N2) на елементний і фазовий склад, структуру та фізико-механічні характеристики вакуумно-дугових покриттів на основі вольфраму. Показано, що для високотемпературного застосування нітриди гірші порівняно з карбідами. В температурному інтервалі осадження 400-550 °С в результаті плазмо-хімічних реакцій при складі газової атмосфери 80% C2H2+20% N2 максимальний вміст атомів азота в покритті не перевищує 1,5 ат.%. Для суміші 40% C2H2+60 %N2 максимальне співвідношення N/C (в ат.%) зростає до 10,5 % при максимальному тиску 3×10 – 3Торр. Відносний вміст атомів азоту збільшується з підвищенням тиску суміші. Плазмово-хімічні реакції при осадженні в суміші газів призводять до формування фаз з нанометровим розміром кристалітів і фазовим складом на основі 𝜸-MoC (80% C2H2+20% N2) і фаз 𝜸-MoC и 𝜸-Mo2N (при меншому вмісті C2H2 (40% C2H2+60% N2) в газовій суміші. Установлено, що визначальним фактором підвищенням твердості є робочий тиск суміші газів при осадженні. При найбільшому тиску 3×10 – 3Торр, коли формується текстура [100] нанокристалітів карбиду молибдена (𝜸-MoC) досягається надтвердий стан з твердістю 50,5 ГПа.

The effect of working pressure and the components correlation of the gas mixture (C2H2+N2) to the elemental and phase compositions, the structure and physical and mechanical characteristics of the vacuumarc coatings formed based on tungsten are studied. It is shown that for high-temperature application, nitrides are less preferable in comparison with carbides. In the temperature range of deposition 400-550 °С, the maximum content of nitrogen atoms in the coating does not exceed 1.5 at.% as a result of plasmachemical reactions with a gas atmosphere composition of 80% C2H2+20% N2. For a composition of 40% C2H2+60% N2, the maximum N/C ratio (in at.%) increases to 10.5% at a maximum pressure of 3×10 – 3 Torr. The relative content of nitrogen atoms increases with increasing pressure of the mixture. Plasma-chemical reactions during precipitation in a mixture of gases lead to the formation of phases with a nanometer-sized crystallite and a phase composition based on 𝜸-MoC (80% C2H2+20% N2) and 𝜸-MoC and 𝜸-Mo2N phases (with a smaller content of C2H2 (40% C2H2+60% N2) in the gas mixture It is established that the determining factor for increasing the hardness is the working pressure of the gas mixture during deposition. With the greatest pressure of 3×10 – 3 Torr, when the texture of nanocrystallites of molybdenum carbide (𝜸-MoC) is formed [100] an ultrahard state with a hardness of 50.5 GPa is achieved.