Твердость и адгезионная прочность ионно-плазменных покрытий квазибинарных систем TiB2-WB2 и TiC-WC
Анотація
У роботі досліджено вплив умов формування іонно-плазмових покриттів квазібінарних систем TiB2-TiB2 і TiC-WC із різним вмістом металічних складових на їх механічні властивості: твердість і адгезійну міцність під час відриву в процесі скретч-тестування. Показано, що для підвищення адгезійної міцності надтвердих покриттів необхідно використовувати підкладки з твердістю найбільш близькою до твердості покриття. Так, для покриття системи Ti-W-B з твердістю близькою до 60 ГПа, критичне навантаження відколу покриття (LC5) збільшується від 18,56 до 29,26 Н при підвищенні твердості підкладки від 5,2 до 9,1 ГПа. При осадженні на підкладку Ta з відносно невисокою твердістю 5,2 ГПа до збільшення адгезійної міцності покриття приводить використання режимів осадження, що забезпечують формування двофазного стану. При атомному відношенні Ti/W ≈ 0,1 для системи Ti-W-B це досягається при температурі осадження вище 970 К, а для системи Ti-W-C — при температурі осадження 1220 К. Коефіцієнт тертя карбідних покриттів значно вище, ніж боридних, при цьому пропорційно підвищенню температури проявляється тенденція до збільшення критичних навантажень на всіх стадіях руйнування при подряпуванні. Для пояснення виявленого ефекту запропонований механізм структурного упорядкування при підвищенні температури. Виявлено, що збільшення вмісту W приводить до більшої пластичності покриттів боридних і карбідних систем.
Завантаження
Посилання
2. Toughening of hard nanostructural thin films: a critical review / S. Zhang, D. Sun, Y. Fu, H. Du // Surf. Coat. Tech. — 2005. — Vol. 198, Iss. 1–3. — P. 2–8.
3. Veprek S. The search for novel, superhard materials / S. Veprek // J. Vac. Sci. Technol. — 1999. — Vol. A17, Is. 5. — P. 2401–2420.
4. Zhang R. F. Phase stabilities of self-organized nc- TiN/a-Si3N4 nanocomposites and of Ti1 − xSixNy solid solutions studied by ab initio calculation and thermodynamic modeling / R. F. Zhang, S. Veprek // Thin Solid Films — 2008. — Vol. 516, Is. 8. — P. 2264–2275.
5. Mayrhofer P. H. Interfaces in nanostructured thin films and their influence on hardness / P. H. Mayrhofer, H. Clemens, C. Mitterer // Z. Metallkd. — 2005. — Vol. 96, No. 5. — P. 468–480.
6. Self-organized nanocolumnar structure in superhard TiB2 thin films / P. H. Mayrhofer, C. Mitterer, J. G. Wen, J. E. Greene, I. Petrov // Appl. Phys. Lett. — 2005. — Vol. 86, Is. 13. — P. 131909–3.
7. Sobol’ O. V. On advantages of X-ray schemes with orthogonal diffraction vectors for studying the structural state of ion-plasma coatings / O. V. Sobol’, O. A. Shovkoplyas // Tech. Phys. Lett. — 2013. — Vol. 39, Is. 6. — P. 536–539.
8. Microstructural design of hard coatings / P. H. Mayrhofer, C. Mitterer, L. Hultman, H. Clemens // Prog. Mater. Sci. — 2006. — Vol. 51, Is. 8. — P. 1032–1114.
9. Analysis of local regions near interfaces in nanostructured multicomponent (Ti-Zr-Hf- V-Nb)N coatings produced by the cathodic-arc-vapor-deposition from an arc of an evaporating cathode / R. Krause-Rehberg, A. D. Pogrebnyak, V. N. Borisyuk, M. V. Kaverin, A. G. Ponomarev, M. A. Bilokur, K. Oyoshi, Y. Takeda, V. M. Beresnev, O. V. Sobol’ // Phys. Met. Metallogr. — 2013. — Vol. 114, Is. 8, — P. 672–680.
10. Материаловедение неравновесного состояния модифицированной поверхности / Н. А. Азаренков, О. В. Соболь, В. М. Береснев, А .Д. Погребняк, С. В. Литовченко, О. Н. Иванов. — Сумы: Сумский государственный университет, 2012. — 683 с.
11. Valli J. A review of adhesion test methods for thin hard coatings / J. Valli // J. Vac. Sci. Technol. — 1986. — Vol. A4, Is. 6. — P. 3007–3014.
12. Шовкопляс О. А. Вплив термічної та радіаційної дій на фазовий склад, структуру й напружено-деформований стан покриттів системи Ti-W-B, осаджених з іонно-атомних потоків / О. А. Шовкопляс, О. В. Соболь // Ж. Нано- електрон. фіз. — 2014. — Т. 6, № 2. — C. 02024–6.
13 Sobol’ O. V. Influence of the thermal factor on the structural and substructural states of the quasi-binary TiC-WC system ion-plasma coatings / O. V. Sobol’, O. A. Shovkoplyas // J. Nano-Electron. Phys. — 2014. — Vol. 6, No. 4. — P. 03071–4.
