Structure and Properties of Wear-Resistant Nanostructured Coatings Based on W, Cr and N

Abstract

В роботі було досліджено вплив на структурно-фазовий стан і механічні властивості складу параметрів отримання нанокомпозитних та наношарових зносостійких покриттів на основі Cr, W та N, отриманих методом магнетронного розпилення. Нанонкомпозитні покриття CrWN осаджувались магнетронним методом із постійними магнітами DCMS з комплексної мішені, яка складалася з Cr та W з різним співвідношенням компонентів по площі. Елетронно-мікроскопічні дослідження отриманих CrWN-покриттів показали нанокристалічну дрібнодисперсну структуру з розміром зерна до 30 нм. Із даних аналізу елементного складу покриттів можна спостерігати чітку кореляцію між складом мішені та складом отриманого покриття. Для наношарових покриттів CrN/WN використовували дві металеві мішені з чистого Cr та W і покриття з нітриду хрому та нітриду вольфраму наносили послідовно методом магнетронного розпилення. Була отримана щільна і гладка мікроструктура багатошарових покриттів. Підтверджено наявність наношарової структури і показано послідовну зміну шарів CrN і WN. Спостерігались плавні та чіткі інтерфейси між шарами CrN та WN, що вказує на щільну і добру упаковану конфігурацію багатошарового покриття. Наношарові покриття CrN/WN демонстрували високу твердість близько 30 ГПа, що було вище, ніж для нанокомпозитного покриття CrWN, де твердість становило близько 23 ГПа.The effect on the structural phase state and mechanical properties of the composition of the parameters of obtaining nanocomposite and nanolayer wear-resistant coatings based on Cr, W, and N, obtained by the method of magnetron sputtering was investigated in this work. CrWN nanocomposite coatings were precipitated by the magnetron method with DCMS permanent magnets from a complex target consisting of Cr and W with different ratios of components by area. Electron microscopic studies of the obtained CrWN coatings showed a nanocrystalline finely dispersed structure with a grain size of up to 30 nm. From the analysis of the elemental composition of the coatings, a clear correlation can be observed between the composition of the target and the composition of the resulting coating. For CrN/WN nanolayer coatings, two metal targets of pure Cr and W were used, and coatings of chromium nitride and tungsten nitride were applied sequentially by magnetron sputtering. A dense and smooth microstructure of multilayer coatings was obtained. The presence of a nanolayer structure was confirmed and the sequential change of CrN and WN layers was shown. Smooth and clear interfaces between the CrN and WN layers were observed, indicating a dense and well-packed configuration of the multilayer coating. The CrN/WN nanolayer coatings showed a high hardness of about 30 GPa, which was higher than that of the CrWN nanocomposite coating, where the hardness was about 23 GPa.