Особенности структуры и свойств твердых Ti-Al-N и сверхтвердых Ti-Si-N нанокомпозитных покрытий, осажденных PVD в ВЧ разряде

摘要

Впервые с помощью различных методов (Резерфордовского обратного рассеяния ионовud(RBS), сканирующей туннельной микроскопии (STM), растровой электронной микроскопииudс микроанализом (SEM c EDS), дифракции рентгеновских лучей (XRD) включая скользящийudпучок, измерения нанотвердости (Н), модуля упругости (Е)) проведены исследования нанокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N и Ti-Si-N, конденсированные в вакууме, ионноплазменным осаждением с ВЧ разрядом. Обнаружено то, что модуль упругости Е уменьшается от 420 ГПа до 323 ГПа при увеличении глубины вдавливания наноиндентора, а твердость Н изменяется с увеличением через максимум от 32,3 до 38,3 ГПа с последующим понижением до 30,3 ГПа, в случае твердого покрытия Ti-Al-N. В тоже время, зависимостьudтвердости от нагрузки сверхтвердого покрытия Ti-Si-N уменьшается до 38,4 ГПа с увеличением глубины проникновения индентора, при уменьшении среднего значения модуля упругости от 447,5 до 363±17 ГПа. Строение нанокомпозитных твердых и сверхтвердых покрытий имеет свои особенности и зависит от состояния подложки, условий конденсации, состава фаз и размера их зерен.udЗа допомогою різних методів (Резерфордівського зворотного розсіяння іонів (RBS), скануючої тунельної мікроскопії (STM), растровоїudелектронної мікроскопії з мікроаналізом (SEMudз EDS), дифракцію рентгенівських променівud(XRD) включаючи ковзаючий пучок, вимірювання нанотвердості (Н), модуля пружностіud(Е)) досліджені нанокомпозитні покриття наudоснові Ti-Al-N і Ti-Si-N конденсовані у вакуумі, іонно-плазмовим осадженням з ВЧ розрядом. Виявлено, що модуль пружності Е зменшується від 420 ГПа до 323 ГПа при збільшенні глибини втискування наноіндентора, а твердість Н змінюється із збільшенням через максимум від 32,3 до 38,3 ГПа з подальшим пониженням до 30,3 ГПа, у разі твердого покриття Ti-Al-N. Разом з тим, залежність твердостіudвід навантаження надтвердого покриттяudTi-Si-N зменшується до 38,4 ГПа зі збільшенням глибини проникнення індентора, при зменшенні середнього значення модуля пружностіudвід 447,5 до 363 ± 17 ГПа. Будова нанокомпозитних твердих і надтвердих покриттів маєudсвої особливості і залежить від стану підкладки, умов конденсації, складу фаз та їх розміруudзерен.udFor the first time, using the Rutherford Back-Scattering of Ions (RBS), scanning tunneling microscopyud(STM), scanning electron microscopyudwith microanalysis (SEM with EDS), a diffractionudof X-rays (XRD) including a sliding beam techniques,udmeasurements of nanohardness (H), anudelastic modulus (E) and values of elastic recreationud(We), material resistance to a plastic deformationudand a plasticity index, nanocompositeudcoatings on Ti-Al-N and Ti-Si-N basis, whichudwere condensed in a vacuum using an ion-plasmauddeposition with the HF discharge were investigated.udWe found that the elastic modulus E decreasedudfrom 420 GPa to 323 with increasing indentationuddepth, the hardness H changed fromud32.3 to 38.3 GPa first growing through its maximumudand subsequently decreasing to 30.3 GPa foruda hard coating Ti-Al-N. At the same time, hardnessuddependence on a load for a superhardudTi-Si-N coating decreased to 38.4 with increasingudindentation depth under decreasing average valueudof the elastic modulus from 447.5 to 363 ±ud17 GPa. A construction of nanocomposite hardudand superhard coatings has its features and dependsudon a state of a substrate, conditions of audcondensation, phase composition and grain dimensions.