Материал: Изучение функциональных свойств многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонентных нитридов тугоплавких металлов и их соединений с легкоплавкими металлами и неметаллами

и трибологическими свойствами TiN (ZrN) слоев позволит разрабатывать МП различного практического применения с градиентом структуры, состава и свойств.

Оптимальным комплексом ФМС, трибологических и коррозионных свойств обладает вновь разработанная многослойная Ti-•TiNп.с-TiNн.с•-TiNн.с пленка на основе двухкомпонентных поликристаллических и наноструктурированных слоев. Наноструктурированные TiNн.с слои в МП с объемными долями входящих фаз с-TiN (99,9 %), h-TiN0,3 (0,1 %) и оптималь-

ным комплексом ФМС: Н = 36 ГПа; Е = 387 ГПa; We = 64 %; H/E = 0,09; H3/E2 = 0,31 ГПa, Sотп = 0,94·105 мкм2; износостойких: Iпm = 3,54·10–5 мг·Н–1·м–1,

IпV = 0,08·10–4 мм3·Н–1·м–1, и антифрикционных: IкV = 0,18·10–8 мм3·Н–1·м–1,

f = 0,08 свойств формируются при оптимальных ТехП: Тс = (0,218…0,224) Тпл

= 3,7 К/мин.

Поликристаллические TiNп.с слои МП с объемными долями входя-

щих фаз: с-TiN (97,5…99,6 %), h-TiN0,3 (0,4…2,0 %) и Ti2N (0…1,5 %)

с градиентом структуры, состава и комплексом ФМС: Н = 26…32 ГПа;

Е = 306…549 ГПa; We = 52…62 %; H/E = 0,06…0,09; H3/E2 = 0,14…0,33 ГПa, Sотп = 2,94…9,23·105 мкм2; износостойких: Iпm = 4,16…8,63·10–5 мг·Н–1·м–1, IпV = 1,05…1,90·10–4 мм3·Н–1·м–1 и антифрикционных: IкV = 0,25…5,39·10–8

мм3·Н–1·м–1, f = 0,09…0,16 свойств формируются методом ЭДИ при незначительном повышении Тс и Vнагр.с до (0,224…0,230) Тпл и 3,9…4,4 К/мин, соответственно, относительно оптимальных ТемП.

Градиент свойств многослойной Ti-•TiNп.с-TiNн.с•-TiNн.с пленки без изменения ее элементного состава обеспечивается за счет управления ТехП и ТемП в процессе ее осаждения.

3.2. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ, ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ,

КОРРОЗИОННЫХ ИАДГЕЗИОННЫХ СВОЙСТВМНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЕНОК

НА ОСНОВЕ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ TIХZr1–ХN СЛОЕВ

Физико-механические свойства многослойных пленок на основе трехкомпонентных TiхZr1–хN слоев зависят от фазового и элементного состава, строения и направления преимущественного кристаллографического ориентирования входящих фаз. Основной причиной изменения ФМС многослойных пленок на основе трехкомпонентных TiхZr1–хN слоев является изменение объемных долей и соотношения входящих в них фаз: с-TiZrN2, Zr3N4 и с-TiN; содержания Zr, соотношения CZr/CTi и показателя стехиометрии N/Ti+Zr (равен 1 для стехиометрического состава) (табл. 3.13, рис. 3.19).

71

Получение многослойных пленок на основе трехкомпонентных TiхZr1–хN слоев с заданным Е и Н возможно не только за счет изменения объемных долей входящих фаз, но и содержания Zr. TiхZr1–хN слои с Vс-TiN ≥ 80 % обладают невысокими ФМС, в то время как их улучшение

установлено для TiхZr1–хN слоев с VZr3N4 ≥ 80 %. Модуль Юнга Е и микротвердость Н повышаются с ростом в TiхZr1–хN слоях объемной доли

с-TiZrN2 фазы и достигает максимума Е = 250 ГПа и Н = 36 ГПа при

Vс-TiZrN2 ≥ 70 % и Zr ≥ 36 ат. %. Данное сочетание Н и Е способствует увеличению стойкости к упругой деформации Н/Е, стойкости разрушения

к пластической деформации Н3/Е2 и упругого восстановления We. Управление ФМС разработанных конструкций многослойных пле-

нок на основе TiхZr1–хN слоев осуществляется за счет изменения соотношения Zr3N4 и с-TiZrN2 фаз и содержания в слое циркония. Оптимальные ФМС соответствуют наноструктурированным TiхZr1–хN слоям стехиометрического состава с направлением преимущественного кристаллографического ориентирования с-TiZrN2 фаз (111) с содержанием Zr 36,11 ат. % и максимальным соотношением CZr/CTi = 2,6. Физико-механические свойства TiхZr1–хN слоев на основе с-TiN фазы с минимальным количеством фаз с-TiZrN2, Zr3N4 и содержанием в них Zr незначительно отличаются от TiN

слоев (рис. 3.20, а).

Рис. 3.20. Закономерности изменения функциональных свойств многослойных пленок на основе трехкомпонентных TiхZr1–хN слоев в зависимости от объемных долей входящих фаз и содержания в них Zr: а) ФМС; б) ИАС

Закономерности изменения износостойких Iпm , IпV ; антифрикционных f свойств, изнашиваюшей способности TiхZr1–хN слоев IкV по отноше-

нию к контртелу и адгезионной прочности (Sотп) в зависимости от фазового и элементного состава, модуля Юнга приведены на рис. 3.20, б, 3.21 и в табл. 3.14. На ИАС TiхZr1–хN слоев пленок влияют как объемные доли

75