Structure and properties of multi component (Ti-Zr-Cr-Nb)N coatings obtained by vacuum-arc deposition

• Autorzy: Yeskermessov D. K. , Plotnikov S. V. , Yerdybaeva N. K.

Warianty tytułu

PL

Struktura i właściwości wieloskładnikowych powłok (Ti-Zr-Cr-Nb)N otrzymanych metodą łukowo-próżniową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Investigated multicomponent coating nitride (Ti-Zr-Cr-Nb)N in this study were obtained using a well-developed technique of vacuum-arc deposition. Theoretical and experimental studies show that the chemical composition, microstructure, and mechanical properties of coatings are based closely on deposition parameters (the working gas pressure and bias potential on the substrate). The microstructure and mechanical properties (Ti-Zr-Cr-Nb)N coatings were investigated using a scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive microanalysis prefix and X-ray diffraction (XRD). Phase analysis of nitride coatings (Zr-Ti-Cr-Nb)N indicates a TiN phase, NbTiN2, ZrTiNb, ZrNb, TiCr and α-Ti. The coatings thickness reached 6.8 µm and their maximum of hardness was H = 43,7GPa. Tribological (test “ball-on-disc”) and mechanical (scratch test) properties of multi-coating were studied. The experimental results obtained by studying multicomponent coatings (Ti-Zr-Cr-Nb)N are promising and can be used as protective coatings for cutting tools and structural materials.

PL

W opracowaniu przedstawiono wyniki badań wieloskładnikowych powłok ceramicznych (Ti-Zr-Cr-Nb)N, wytworzonych z wykorzystaniem metody łukowo-próżniowej. Badania teoretyczne i doświadczalne wykazują, że skład chemiczny, mikrostruktura oraz właściwości mechaniczne powłok związane są ściśle z parametrami osadzania (ciśnienia roboczego gazu i potencjału polaryzacji na podłożu). Mikrostruktury powłok badano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) wyposażonego w przystawki do mikroanalizy dyspersji energii i dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Przeprowadzona analiza fazowa powłok (Ti-Zr-Cr-Nb)N wykazała występowanie faz TiN, NbTiN2, ZrTiNb, ZrNb, TiCr oraz α-Ti. Zmierzona grubość powłok osiągała wartość 6,8 µm natomiast największa ich twardość H = 43,7GPa. Badane były również właściwości tribologiczne powłok (metoda ball-on-disc) i mechaniczne (test zarysowania). Wyniki przeprowadzonych analiz wieloskładnikowych powłok ceramicznych (Ti-Zr-Cr-Nb)N są bardzo obiecujące i wykazują, że mogą być one stosowane jako powłoki ochronne dla narzędzi skrawających oraz w materiałach strukturalnych.

Słowa kluczowe

EN

multielement nitride; crystal structure; XRD; mechanical and tribological properties

PL

wieloskładnikowa powłoka azotowa; struktura krystaliczna; XRD; właściwości mechaniczne i tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 6
• Strony: 205--218
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Yeskermessov D. K.

• D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 19 Serikbayev Street, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan

autor

Plotnikov S. V.

• D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 19 Serikbayev Street, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan

autor

Yerdybaeva N. K.

• D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 19 Serikbayev Street, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan

Bibliografia

• 1. Kavaleiro A., de Hossona D. Nanostruturnye pokrytia - 2011. - M.: Tehnosfera, - 792 s.
• 2. Musil J., Hard and superhard nanocomposite coatings//Surf. Coat.Tehnol. - 2000. -Vol. 125. - P. 322-330.
• 3. Andrievskii R.A., Sverhtverdye nanostrukturnye materialy na osnove tugoplavkih soedinenii//Zh. funkc. mater. - 2007. -T.1, No. 4. - s. 129-133.
• 4. Azarenkov N.A., Beresnev V.M., Pogrebnjak A.D., Malikov L.V., Turbin P.V., Nanomaterialy, nanopokrytia, nanotehnologii: uchebn. posobie // Harkov: HNU im. V.N. Karazina, 2009. - 209 s.
• 5. Pogrebnjak A.D., Shpak A.P., Azarenkov N.A., Beresnev V.M., Struktura i svoistva tverdyh I sverhtverdyh nanokompozitnyh pokrytii // UFN. - 2009. -T. 179, No. 1.- s. 35-64.
• 6. Moshkov V.Ju., Korotaev A.D., Pinjin Ju.P., Ovchinnikov S.V., O prirode sverhtverdosti nanokompozitnyh pokrytii na osnove TiN// sb. tezisov XVII Mejdunarodnoi konferencii., Samara. - 2009. -S. 265.
• 7. Andreev A.A., Sablev V.P., Shulaev V.M., Grigorev S.N., Vakuumno-dugovye ustroistva I pokrytia - Harkov: NNC "HFTI ', 2005. -236 s.
• 8. Beresnev V.M., Tolok V.T., Shvec O.M. I dr., Mikro-nanosloinye pokrytia sformirovannye metodom vakuumno-dugovogo osajdenia s ispolzovaniem VC-razriada // FIP. -2006. -T. 4, No. 1-2. - S. 93-97.
• 9. Anders A. (Ed.). Handbook of Plasma Immersion Ion lmplantation and Deposition //John Wiley & Sons, New York. -2000. -P. 435.
• 10. Metody i sredstva uprocnenia poverhnostey detaley mashin koncentrirovannyrni potokami energii / Pod red. A. P. Gusenkova M.: Nauka. 1992. - 406 S.
• 11. Pelletier J., Plasma-based ion implantation and deposition: A review of Physics, Technology, and Application / Pelletier J., Anders A. // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2005. - Vol. 33, No. 6 - P. 1944-1959.
• 12. Morris D.G., Mechanical behaviour of nanocrystalline materials // Material science foundation. Trans. tech. publication LVD Switzerland, Germany, UK, USA - 1998. -Vol. 2. -P. 1-84.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).