Покрытия TiN

Примеры износостойких покрытий

Одним из наиболее широко применяемых материалов покрытий является нитрид титана ‑ благодаря его высоким физико-механическим, теплофизическим, антикоррозионным и другим характеристикам, а также относительной дешевизне и безопасности в производстве. Нитрид титана обладает широкой областью гомогенности и может содержать от 37,5 до 52ат. % азота. Плотность покрытий из стехиометричного нитрида титана составляет 5,2…5,5 г/см³, при отклонении от стехиометрии из-за несовершенств решётки их плотность может снижаться до 4,5 г/см³. Нитриды титана обладают золотистым цветом, оттенки которого меняются в зависимости от содержания в них азота. Покрытия, полученные при малых давлениях азота, имеют светло-жёлтый цвет. При повышении давления их цвет становится тёмно-жёлтым с красноватым отливом.

Морфология поверхности вакуумно-дугового TiN покрытия

Особенностью вакуумно-дуговых TiN покрытий (так же, как Mo₂N, CrN и др.) является ячеистый микрорельеф на поверхности. Размеры ячеек составляют 0,5…3 мкм и не связаны ни с величиной зерен покрытия, ни с шероховатостью поверхности подложки. Наиболее вероятной причиной их образования является неравномерное распыление отдельных участков поверхности покрытия под воздействием ионной бомбардировки в процессе его осаждения. На поверхности покрытия имеются макрочастицы (капли) титана, образующиеся в процессе эрозии катода. Их количество и размеры зависят, главным образом, от температуры поверхности катода и давления азота в процессе осаждения. С увеличением давления размеры и количество макрочастиц существенно уменьшаются.

Покрытия, полученные распылением или вакуумно-дуговым способом, обладают достаточно сильной текстурой кристаллитов с осью [111], перпендикулярной плоскости роста.

При обработке металлов инструментом с покрытием температура в зоне резания достигает 600…860 °С, и даже при образовании сливной стружки активные реагенты, в том числе кислород, проникают в поверхность покрытия. Поэтому фактически обрабатываемый металл контактирует с оксидом титана, расположенным на поверхности покрытия. Это значительно уменьшает адгезионное взаимодействие между трущимися поверхностями, что приводит к уменьшению длины контакта поверхности инструмента со стружкой, снижению температуры в зоне резания, а следовательно ‑ пластической деформации и адгезионного износа режущей кромки инструмента. При этом происходит снижение усилий резания на 15…20 %. Наличие покрытия на одной из рабочих поверхностей инструмента снижает износ не только этой, но и остальных поверхностей. На инструментах с покрытием TiN наблюдается тенденция к снижению наростообразования, вследствие чего достигается более высокая степень чистоты поверхности после обработки.

Покрытия из нитрида титана достаточно универсальны по отношению к обрабатываемым материалам. Они успешно применяются в условиях абразивного износа при обработке большинства материалов, в том числе конструкционных сталей, чугунов, бронз и т.п. Однако их эффективность значительно ниже при резании вязких хромоникелевых сталей, титана и титановых сплавов, алюминия. Покрытия TiN применяются для всех видов инструментов, материал которых допускает нагрев до температуры 400...500 °С без потери эксплуатационных характеристик.

Износостойкость покрытий из нитрида титана хорошо проявляются на деталях машин в условиях интенсивного трения, эрозии и коррозии. Покрытия TiN успешно используются для повышения эрозионной и коррозионной стойкости лопаток паровых турбин из титановых сплавов, а также лопаток компрессоров авиационных газотурбинных двигателей.

Дата добавления: 2014-01-20