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

плотности тока 3 мА/см2, затем падает (см. рис. 3.27, а, кривая 1). Рост анодного тока в щелочных растворах связан с селективным растворением зерен WC. Кривая 2 (см. рис. 3.27) представляет поляризационную кривую образца ВК8 c осажденным Ti1–хAlхN слоем. Установлено, что сформированный Ti1–хAlхN слой не влияет на потенциал свободной коррозии Екор, который как и на образце без упрочнения близок к –0,4 В; а также не влияет на кинетику восстановления кислорода (катодные участки кривых 1 и 2 практически совпадают). Анодный ток достигает предельного значения при потенциале –60 мВ, выше которого начинается переход в пассивное состояние. Сравнение токов при одинаковом потенциале –0,2 В кривых 1 и 2 на рис. 3.27, а показывает, что Ti1–хAlхN слой существенно тормозит процесс анодного растворения. Скорость растворения при потенциале –0,2 В уменьшается примерно в 18 раз.

На рис. 3.27, б представлена поляризационная кривая неупрочненных образцов. Анодная кривая характеризуется тремя участками пассивного состояния.

Рис. 3.27. Поляризационные кривые образца из ВК8: 1 – без Ti1–хAlхN слоя;

2 – с Ti1–хAlхN слоем (а) и из Р6М5 (б)

Первый участок кривой с –300 до –70 мВ имеет самую малую плотность тока в пассивном состоянии 15 мкА·см–2. Второй участок пассивности наступает при потенциалах выше 0 В и простирается до 0,4 В. Ток в пассивном состоянии составляет 79 мкА·см–2, т.е. в 5,3 раза выше, чем на первом участке пассивности. Третий участок торможения растворения на-

чинается с потенциала 0,4 В и простирается до 0,75 В. На этом участке ток медленно растет с 22 до 83 мА·см–2.

Полученные результаты позволили заключить, что наличие пассивности с низкими токами растворения делает проблематичным определение тормозящего влияния Ti1–хAlхN слоя на скорость растворения, так как если

93

бы она препятствовала растворению, то токи получались бы меньше и выходили за рамки чувствительности милливольтметра.

Установлено, что Ti1–хAlхN слой с максимальным содержанием h-Ti3Al2N2 и Al уменьшает скорости растворения при коррозии сплава ВК8 в 18 раз, а стали Р6М5 – в 13 раз.

3.4. УПРАВЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ, ТРИБОЛОГИЧЕСКИМИ, КОРРОЗИОННЫМИ И АДГЕЗИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ TIN (ZrN)

И ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ TIХZr1–ХN И TI1–ХAlХN СЛОЕВ С ГРАДИЕНТОМ СТРУКТУРЫ, ФАЗОВОГО И ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПЛАЗМЫ

На основании комплексных механических, трибологических и коррозионных испытаний TiхZr1–хN и Ti1–хAlхN слоев были установлены способы управления ФМС, ИАС и коррозионными свойствами разработанных МП.

Оптимальным комплексом ФМС, ИАС, минимальной хрупкостью, высокой трещиностойкостью и адгезионной прочностью обладают многослойные многокомпонентные пленки на основе двух- и трехкомпонентных слоев:

1. Многослойная Ti,Zr-ИБ-•TiхZr1–хN-Ti,Zr-ИБ•-TiхZr1–хN пленка на основе наноструктурированных слоев с максимальными объемными доля-

ми с-TiZrN2 (24,4 %) и Zr3N4 (66,9 %) фаз, максимальным содержанием Zr (35,02 ат. %), минимальной дефектностью поверхности, максимальной инертностью к обрабатываемому материалу и высокими ФМС: Н = 36 ГПа;

Е = 213 ГПa; We = 78 %; H/E = 0,18; H3/E2 = 1,1 ГПa, трибологическими: Iпm = 0,86·10–5 мг·Н–1·м–1, IпV = 0,08·10–4 мм3·Н–1·м–1, IкV = 0,12·10–8 мм3·Н–1·м–1, f = 0,07 и адгезионными свойствами: HF-1, Sотп = 0,44·105 мкм2, коэффициентом трещиностойкости Ктр = 0,03, коэффициентом отслоения Ко = 0,08, хрупкостью Sотп = 28,11 мкм2 и динамической микротвердостью Н115 = 0,9 ГПа получена при проведении ИБ промежуточных металлических Ti,Zr слоев перед осаждением TiхZr1–хN слоев МП.

2. Многослойная TiЭДИ-•TiNМР-TiхZr1–хNМР+ЭДИ•-TiхZr1–хNМР+ЭДИ плен-

ка с объемными долями с-TiZrN2 (71,5 %) и Zr3N4 (13,4 %) фаз, содержанием Zr (36,11 ат. %), с градиентом структуры и состава слоев, минимальной дефектностью поверхности, максимальной инертностью к обрабатываемому материалу и высокими ФМС: Н = 37 ГПа; Е = 411 ГПa; We = 69 %; H/E = 0,15; H3/E2 = 0,8 ГПa, заданными трибологическими: Iпm = 0,97·10–5 мг·Н–1·м–1,

IпV = 0,35·10–4 мм3·Н–1·м–1, IкV = 0,85·10–8 мм3·Н–1·м–1, f = 0,08 и адгезионны-

94

ми свойствами: HF-1, Sотп = 0,68·105 мкм2, Ктр = 0,16, Ко = 0,12, хрупкостью

Sотп = 24,24 мкм2 и Н115 = 0,9 ГПа получена за счет увеличения степени ионизации плазменного потока при одновременном использовании электро-

дугового испарителя и магнетронного распылителя.

3. Многослойная TiМР-•TiNМР-ZrNЭДИ•-TiхZr1–хNМР+ЭДИ пленка с поликристаллическими и наноструктурированными слоями с объемными доля-

ми с-TiZrN2 (19,2 %) и Zr3N4 (74,8 %) фаз, содержанием Zr (32,11 ат. %),

с градиентом структуры и состава слоев, минимальной дефектностью поверхности, максимальной инертностью к обрабатываемому материалу и высокими ФМС: Н = 36 ГПа; Е = 312 ГПa; We = 70 %; H/E = 0,12;

H3/E2 = 0,82 ГПa, заданными трибологическими: Iпm = 1,07·10–5 мг·Н–1·м–1,

IпV = 0,27·10–4 мм3·Н–1·м–1, IкV = 0,72·10–8 мм3·Н–1·м–1, f = 0,08 и адгезионны-

ми свойствами: HF-1, Sотп = 0,14·105 мкм2, Ктр = 0,15, Ко = 0,10, хрупкостью

Sотп = 19,50 мкм2 и Н115 = 1,1 ГПа получена за счет увеличения степени ионизации плазменного потока при попеременном и одновременном исполь-

зовании электродугового испарителя и магнетронного распылителя.

4. Многослойная Ti-TiN-•Zr-ZrN•-Zr-•TiхZr1–хN-Zr•-TiхZr1–хN пленка с поликристаллическими и наноструктурированными слоями с объемными долями с-TiZrN2 (31,6 %), Zr2N (47,9 %) и Zr3N4 (20,5 %) фаз, содержанием

Zr (35,02 ат. %), с Zr слоями с высокой энергоемкостью, теплопроводностью, сопротивлением истиранию и TiхZr1–хN слоями с высокой термической устойчивостью к твердофазным и жидкофазным диффузионным реакциям и окислению при повышенных температурах, минимальной дефектностью поверхности и заданными ФМС: Н = 45 ГПа; Е = 436 ГПa; We = 63 %;

H/E = 0,10; H3/E2 = 0,75 ГПa, трибологическими: Iпm = 1,16·10–5 мг·Н–1·м–1, IпV = 0,54·10–4 мм3·Н–1·м–1, IкV = 1,07·10–8 мм3·Н–1·м–1, f = 0,1 и адгезионны-

ми свойствами: HF-1, Sотп = 0,68·105 мкм2, Ктр = 0,10, Ко = 0,07, хрупкостью

Sотп = 40,48 мкм2 и Н115 = 0,7 ГПа получена за счет разделения функций между Zr слоями с максимальной теплопроводностью и ZrN, TiN, TiхZr1–хN

слоями с высокой термической устойчивостью.

5. Многослойная TiЭДИ-•TiNМР-Ti1–хAlхNМР+ЭДИ•-Ti1–хAlхNМР+ЭДИ плен-

ка поликристаллическими и наноструктурированными слоями с объемной долей h-Ti3Al2N2 (100 %) фазы, содержанием Al (28,7 ат. %), заданным элементным составом и ФМС: Н = 36 ГПа; Е = 356 ГПa; We = 76 %;

f = 0,09 и высокой адгезионной прочностью: Sотп = 0,56·105 мкм2 и HF-1,

Sотп = 0,09·105 мкм2, Ктр = 0,15, Ко = 0,10, хрупкостью Sотп = 30,48 мкм2

95