Покрытия TiAlN

В настоящее время большое внимание привлекают к себе покрытия TiAlN. При сохранении высоких физико-механических характеристик нитрида титана они обладают высокой стойкостью к окислению при высоких температурах. При нагревании на воздухе их поверхность покрывается плотным слоем окиси алюминия с микротвёрдостью 12...13 ГПа, препятствующим дальнейшему окислению и адгезионному взаимодействию с контртелом.

Покрытие TiAlN имеет столбчатую структуру с размерами зёрен около 50 нм. Микротвёрдость покрытий находится в диапазоне от 10 до 42 ГПа; были получены сверхтвёрдые покрытия с микротвёрдостью 47 ГПа (получены магнетронным способом). Микротвёрдость растёт с увеличением содержания алюминия, достигая максимума при ~ 60…70 мол. % AlN в покрытии, после чего снижается значительно ниже уровня TiN (до 10 ГПа).

Состав покрытий в значительной степени зависит от потенциала подложки в процессе осаждения. С ростом потенциала подложки от 0 до -300 В концентрация алюминия сильно уменьшается; при отсутствии потенциала на подложке состав покрытия соответствует составу катода. Изменяя величину отрицательного потенциала подложки, можно управлять составом и, следовательно, физико-механическими свойствамипокрытия в целом, с учётом того, что потенциал подложки влияет также на величину внутренних напряжений в покрытии.

При нагревании на воздухе TiN окисляется при температурах выше ~ 500 °С. Алюминий диффундирует на поверхность покрытия, образуя аморфный слой Al₂O₃, который защищает покрытие от окисления, в то время как слой TiO₂ на TiN такой защиты не обеспечивает. Кроме того, оксиды алюминия значительно более стабильны, чем оксиды титана. С увеличением содержания алюминия в покрытии его термостойкость увеличивается. Введение в состав покрытия TiAlN хрома и иттрия значительно улучшает стойкость к окислению.

Высокая термостойкость покрытий TiAlN и образование на их поверхности слоя Al₂O₃ обеспечивают значительное повышение работоспособности режущих инструментов. Эти покрытия более универсальны по отношению к обрабатываемым материалам, чем TiN, и наиболее эффективны при резании материалов с низкой теплопроводностью, таких, как нержавеющие стали, титановые и никелевые сплавы. Они успешно применяются на инструментах как из быстрорежущих сталей, так и твёрдых сплавов.

Дата добавления: 2014-01-20