Исследование термостабильности микроструктуры и свойств легированных покрытий на основе нитрида титана

Овчинников С.В., Коротаев А.Д.*, Пинжин Ю.П., Борисов Д.П.*

Институт Физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия Национальный исследовательский Томский государственный университет,

Томск, Росси, [email protected]

Одной из ключевых проблем синтеза функциональных покрытий является обеспечение термической стабильности их свойств в температурном интервале эксплуатации, что предполагает управление закономерностями роста покрытий на основе картины структурно-фазовых превращений вследствие термического воз- действия. В выполненных нами ранее работах показано, что в зависимости от ус- ловий осаждения могут быть получены твердые и сверхтвёрдые покрытия на осно- ве нитрида титана с различным типом микроструктуры: нанокристаллической и с субмикронными размерами зёрен, фрагментированными малоугловыми границами на наноразмерные субзёрна. Данные покрытия обладают существенно различными степенью легирования, уровнем запасённой упругой энергии, плотностью дефек- тов структуры и поэтому могут иметь различную стабильность к термическому воздействию. В этой связи в данной работе с использованием методик микрорент- геноспектрального, рентгеноструктурного, электронно-микроскопического анализа и измерения микротвёрдости выполнено исследование особенностей модификации микроструктуры и свойств покрытий систем Ti–B–Si–O–N, Ti–Al–Si–O–N, Ti–Cu– O–N и Ti–Al–Si–C–Ni–Cr–Cu–O–N, полученных магнетронным распылением или вакуумно-дуговым испарением, в процессе отжигов в вакууме ~10-5 Торр в течение часа в интервале температур до 1573 К.

Показано, что при относительно невысоких (до 1073 К) температурах отжи- га микротвёрдость покрытий уменьшается на ~ 10% от исходных значений при не- изменности обнаруживаемых электронно-микроскопически особенностей струк- турно-фазового состояния, но при определяемом рентгеноструктурно уменьшении микродеформации решётки. Установлено, что при более высоких температурах в покрытиях с двухуровневой структурой наименее стабильными оказываются по- крытия с Al и Si, с наименьшими значениями изгиба-кручения решетки и плотно- сти дефектов в состоянии после осаждения. Обнаружено, что резкое уменьшение микротвёрдости (до стандартных для TiN значений 20–25 ГПа) покрытий данного типа в интервале температур 1373–1573 К обусловлено уменьшением изгиба- кручения решётки с 50–70 °/мкм до 10–15 °/мкм, развитием собирательной рекри- сталлизации с кратным ростом размера зерна в наименее стабильных покрытиях. Показано, что в нанокристаллических покрытиях резкое снижение величины мик- ротвёрдости при температуре 1373 К коррелирует с развитием фазовых превраще- ний и выделением фаз на основе легирующих элементов. Выявлено, что указанные фазовые превращения определяют также двух-трёхкратный рост размера кристал- лов, аналогичное уменьшение изгиба-кручения решётки нанокристаллов TiN и рост её параметра. На основе анализа совокупности полученных эксперименталь- ных данных обсуждаются общность природы, механизмы формирования и дегра- дации в процессе отжигов различных типов структурного состояния в покрытиях, полученных различными PVD (physical vapour deposition) методами осаждения.

СТРУКТУРНО-ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕРЕХОДНОГО СЛОЯ, ФОРМИРУЮЩЕГОСЯ ПРИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ СИЛУМИНА ПУТЁМ НАПЫЛЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ

Дата добавления: 2017-01-14