Эффект влияния углерода на структурно-фазовое состояние и трибомеханические свойства наноструктурированных покрытий TiAlCN

Abstract

Обозначены перспективы применения в современном машиностроении, атомной энергетике и космической технике стойких к ряду негативных воздействий покрытий на базе нитридов и карбонитридов переходных металлов, формируемых вакуумно-плазменными методами нанесения. Методом реактивного магнетронного распыления сформированы наноструктурированные покрытия TiAlCN с различной концентрацией азота и углерода. Определены структурно-фазовое состояние, элементный состав, морфология и толщины полученных покрытий. С использованием наноиндентирования по методике Оливера – Фарра, а также трибомеханических испытаний измерены твердость (H ), модуль Юнга (E ), показатель ударной вязкости (H/E *) и коэффициент трения покрытий TiAlCN. Сформированные покрытия TiAlCN обладают однофазной структурой неупорядоченного твердого раствора (Ti, Al)(C, N) с гранецентрированной кубической решеткой. Средний размер кристаллитов (Ti, Al)(C, N) составил от (10 ± 5) до (60 ± 5) нм. Установлено, что концентрация углерода в покрытиях TiAlCN существенно влияет на изменение их механических свойств. При малой концентрации углерода, равной 7,3 ат. % (PN2 : PC2H2 = 2 : 1), покрытия TiAlCN обладают достаточно высокими твердостью (более 25 ГПа) и ударной вязкостью. Повышенная концентрация углерода, равная 30,3 ат. % (PN2: PC2H2 = 1 : 2), обеспечивает получение покрытий TiAlCN с большей твердостью (свыше 32 ГПа), но при этом наблюдается снижение ударной вязкости (отношения H/E *). Наименьший коэффициент трения (0,30 – 0,32) продемонстрировали покрытия TiAlCN, сформированные в режимах с соотношениями парциальных давлений реактивных газов (азота и ацетилена) PN2 : PC2H2 = 2 : 1 и PN2 : PC2H2 = 1 : 2.