Academic literature on the topic 'Вакуумно-дугове покриття'

Підвищення ресурсу металорізальних інструментів і штампів, що працюють в умовах високих навантажень та підвищеного зношування досягається цілим рядом властивостей покриттів, які безпосередньо контактують з оброблюваним матеріалом. Це виявляється в підвищенні продуктивності, зниженні загальних витрат на різальний інструмент, підвищенні якості обробки, можливості відмови від застосування ЗОТС тощо, тому що покриття мають не тільки високу зносостійкість, але й низьку теплопровідність, тобто можуть виступати своєрідним тепловим бар'єром.

Дисертаційна робота присвячена встановленню взаємозв’язку структури, хімічного складу та напруженого стану з термодинамічними і механічними властивостями композитних покриттів на основі ZrN/CrN. Електронографічні дослідження експериментальних покриттів свідчать про формування двофазного стану, який відповідає ГЦК-ZrN та дуплету ГЩПCr2N + ГЦК-CrN. З’ясовано, що основними дефектами кристалічної будови покриттів є повні та часткові дислокації і дефекти пакування. Уперше проведене дослідження впливу процесу високотемпературного відпалу на структурнофазовий стан покриттів ZrN/CrN показало, що в залежності від потенціалу зміщення на підкладці у композитах можливі два види теплових реакцій: екзо- та ендотермічна. Досліджувані покриття у вихідному стані перебувають під напруженнями розтягнення та стискання, величина яких залежить від концентрації азоту в покритті та середнього розміру зерна. Композитні покриття на основі ZrN/CrN характеризуються високими механічними властивостями. Зокрема, нанотвердість покриттів ZrN/CrN зростає до 26,8 ГПа, модуль пружності – до 315 ГПа, індекс в’язкопластичності – до 0,085.
Диссертация посвящена установлению взаимосвязи структуры, химического состава и напряженного состояния с термодинамическими и механическими свойствами композитных покрытий на основе ZrN/CrN. Электронографические исследования экспериментальных покрытий свидетельствуют о формировании двухфазного состояния, которое соответствует ГЦК-ZrN и дуплета ГПУ-Cr2N + ГЦК-CrN. Установлено, что основными дефектами кристаллического строения покрытий являются полные и частичные дислокации и дефекты упаковки. Впервые проведено исследование влияния процесса высокотемпературного отжига на структурно-фазовое состояние покрытий ZrN/CrN показало, что в зависимости от потенциала смещения подложки в композитах возможны два вида тепловых реакций: экзо и эндотермическая. Исследуемые покрытия в исходном состоянии находятся под напряжениями растяжения и сжатия, величина которых зависит от концентрации азота в покрытии и среднего размера зерна. Композитные покрытия на основе ZrN/CrN характеризуются высокими механическими свойствами. В частности, нанотвердисть покрытий ZrN/CrN возрастает до 26,8 ГПа, модуль упругости – до 315 ГПа, индекс вьязкопластичности – до 0,085.
The thesis is devoted to the establishment of the relation between structure, chemical composition and stress state with thermodynamic and mechanical properties of composite coatings based on ZrN/CrN. The SAED studies of experimental coatings indicate the formation of a two-phase state, which corresponds to fcc-ZrN and doublet hcp-Cr2N + fcc-CrN. It has been established that the main defects in the crystal structure of the coatings are complete and partial dislocations and packing faults. The study of the effect of high-temperature annealing on the structural phase state of ZrN/CrN coatings was carried out for the first time, and it was shown that, depending on the bias potential, two types of thermal reactions were possible in composites: exothermic and endothermic. The studied coatings in the initial state were under tension and compression stresses, the value of which depends on the nitrogen concentration in the coating and the average grain size. Composite coatings based on ZrN/CrN are characterized by high mechanical properties. In particular, the nanohardness of ZrN/CrN coatings increases to 26.8 GPa, the modulus of elasticity – to 315 GPa, and the viscosity-plastic index – to 0.085.

Дисертаційна робота присвячена виявленню особливостей процесів синтезу, елементного і фазового складу, субструктури та властивостей багатоелементних та багатошарових покриттів нанометрового масштабу (TiAlSiY)N/MeN (Me=Mo, Cr, Zr), що синтезуються методом вакуумно-дугового осадження. Здійснено визначення зв'язків між структурою та механічними і трибологічними властивостями покриттів. Встановлено, що склад і кристалічна структура багатоелементних нітридних шарів в одношарових і багатошарових покриттях подібні: формуються тверді розчини на основі кубічного TiN з кристалічною граткою типу NaCl (B1). Бінарні шари CrN та ZrN також мають ГЦК структуру типу NaCl, а в покриттях з Mо формується δ-MoN з гексагональною структурою. Найбільші значення нанотвердості та модуля Юнга отримано для багатошарового (TiAlSiY)N/MоN покриття та складають 36 ГПа та 406,8 ГПа, відповідно, що у 1,5 рази вище, ніж в покриттях з Cr та Zr. Зміцнення в першу чергу обумовлено найменшими серед зразків серії значеннями періоду модуляції шарів та розміром кристалографічного зерна у поєднанні з найбільш чітко вираженими ганицями між шарами композиції. Мікротопологія покриттів TiAlSiY-серії вивчалася в рамках методу двовимірного мультифрактального флуктуаційного аналізу (2D-MFDFA). Для поверхні TiAlSiY покриття спостерігається найширший діапазон узагальнених значень показника Херста h(q). Встановлено, що TiAlSiY зразок характеризується найвищою шорсткістю поверхні, а найбільш гладкій поверхні відповідає (TiAlSiY)N/MoN покриття.
Диссертационная работа посвящена выявлению особенностей процессов синтеза, элементного и фазового состава, субструктуры и свойств многоэлементных и многослойных покрытий нанометрового масштаба (TiAlSiY)N/MeN (Me = Mo, Cr, Zr), синтезируемых методом вакуумно-дугового осаждения. Определены связи между структурой, механическими и трибологическими свойствами покрытий. Установлено, что состав и кристаллическая структура многоэлементных нитридных слоев в однослойных и многослойных покрытиях подобные: формируются твердые растворы на основе кубического TiN с кристаллической решеткой типа NaCl (B1). Бинарные слои CrN и ZrN также имеют ГЦК структуру типа NaCl, а в покрытиях с Mо формируется δ-MoN с гексагональной структурой. Наибольшие значения нанотвердости и модуля Юнга получено для многослойного (TiAlSiY)N/MоN покрытия и составляют 36 ГПа и 406,8 ГПа, соответственно, что в 1,5 раза выше, чем в покрытиях из Cr и Zr. Упрочнение в первую очередь обусловлено наименьшими среди образцов серии значениями периода модуляции слоев и размером кристаллографического зерна в сочетании с наиболее четко выраженными границами между слоями композиции. Определено влияние активации подложки на адгезионную прочность многослойных (TiAlSiY)N/CrN (Uсм = -280 В) покрытий, путем проведения серии скретч-тестов LС1 - LС5 с варьированием нагрузок. Лучшие показатели демонстрирует образец после 30 мин очистки ионами N при Uсм = -1000 В с подслоем Cr, для которого пластическое разрушение не наблюдается до 188,6 Н. Образец без подслоя Cr имеет самое низкое сопротивление критической нагрузке LC5 = 150,1 Н среди всех образцов серии. Микротопология покрытий TiAlSiY-серии изучалась в рамках метода двумерного мультифрактального флуктуационного анализа (2D-MFDFA). Для поверхности TiAlSiY покрытия наблюдается наиболее широкий диапазон обобщенных значений показателя Херста h(q). Установлено, что TiAlSiY образец характеризуется высокой шероховатостью поверхности, а наиболее гладкой поверхности отвечает (TiAlSiY)N/MoN покрытие.
The dissertation is devoted to the detection of features of synthesis processes, elemental and phase composition, substructure and properties of multi-element and multilayer nano-scale coatings (TiAlSiY)N /MeN (Me = Mo, Cr, Zr) synthesized by the vacuum-arc deposition method. The determination of the interrelations between the structure and mechanical and tribological properties of the coatings is done. It is established that the composition and crystal structure of multi-element nitride layers in single-layer and multilayer coatings are similar: solid solutions based on cubic TiN with a crystal lattice of the NaCl (B1) structural type are formed. The binary layers of CrN and ZrN also have the fcc structure of the NaCl type, while the formation of δ-MoN phase with a hexagonal crystal structure is observed in Mo layers. The multilayer (TiAlSiY)N/MoN coating exhibit the highest values of nanohardness and Young's modulus of 36 GPa and 406.8 GPa, respectively, which is 1.5 times higher than the corresponding values for Cr and Zr coatings. These enhancements are primarily due to the smallest values of modulation period of the layers for these samples and the grain size in combination with the most clearly defined interfaces between the layers of the composition. The micro-topology of TiAlSiY-series coatings was studied within the framework of the two-dimensional multifractal fluctuation analysis (2D-MFDFA) method. For the surface of TiAlSiY coating, the widest range of the generalized values of the Hurst index h(q) is observed. It is established that the TiAlSiY sample is characterized by the highest surface roughness, while the most smooth surface corresponds to multilayer (TiAlSiY)N/MoN coating.

Дисертація присвячена встановленню загальних закономірностей і механізмів формування багатоелементних (NbN, NbSiN, NbAlN, (TiZrAlYNb)N, (TiZrHfVNb)N і (TiZrHfVNbTa)N) і багатошарових ([TiN/MoN]n/П, [TiN/ZrN]n/П, [MoN/CrN]n/П і [TiN/SiC]n/П) наноструктурних покриттів, визначенню впливу енергетичних і термодинамічних параметрів осадження покриттів на їх структурно-фазовий стан і фізико-механічні властивості. Отримані результати комплексних досліджень доповнюють і розширюють сучасні уявлення про фізичні основи формування структури, мікроструктури, фізико-механічних та трибологічних властивостей багатоелементних і багатошарових наноструктурних покриттів на основі нітридів тугоплавких і перехідних металів, осаджених вакуумно-дуговим випаровуванням або магнетронним розпорошенням. Передусім це стосується впливу параметрів осадження, таких як тиск реактивної азотної атмосфери, потенціал зміщення, що подавався на підкладинки, температура підкладинок, товщини бішарів багатошарових покриттів. Одержані експериментальні дані, доповнені результатами розрахунків на основі першопринципної молекулярної динаміки, сприяють подальшому розвитку теоретичних уявлень про формування багатоелементних та багатошарових нітридних покриттів з керованими властивостями. Дослідження впливу термічного відпалювання та іонної імплантації високими дозами іонів на структурно-фазовий стан та фізико-механічні властивості покриттів дозволяють глибше розуміти фізичні процеси, що відбуваються у покриттях внаслідок дії згаданих процесів.
Диссертация посвящена определению общих закономерностей и механизмов формирования многоэлементных (NbN, NbSiN, NbAlN, (TiZrAlYNb)N, (TiZrHfVNb)N и (TiZrHfVNbTa)N) и многослойных ([TiN/MoN]n/П, [TiN/ZrN]n/П, [MoN/CrN]n/П и [TiN/SiC]n/П) наноструктурных покрытий, выявлению влияния энергетических и термодинамических параметров осаждения покрытий на их структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства. Полученные результаты комплексных исследований дополняют и расширяют современные представления о физических основах формирования структуры, микроструктуры, физико-механических и трибологических свойств многоэлементных и многослойных покрытий на основе нитридов тугоплавких и переходных металлов, осажденных вакуумно-дуговым испарением или магнетронным распылением. Прежде всего, это касается влияния параметров осаждения, таких как давление реактивной азотной атмосферы, потенциал смещения, подававшийся на подложки, температура подложек, толщина бислоев многослойных покрытий. Полученные экспериментальные данные, дополненные результатами расчетов на основе первопринципной молекулярной динамики, способствуют дальнейшему развитию теоретических представлений о формировании многоэлементных и многослойных нитридных покрытий с контролируемыми свойствами. Исследование влияния термического отжига и ионной имплантации высокими дозами ионов на структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства покрытий позволяют более глубоко понимать физические процессы, происходящие в покрытия в результате действия упомянутых процессов.
The dissertation is devoted to the establishment of general laws and mechanisms of formation of multielement (NbN, NbSiN, NbAlN, (TiZrAlYNb)N, (TiZrHfVNb)N and (TiZrHfVNbTa)N) and multilayer ([TiN/MoN]n/Sub, [TiN/ZrN]n/Sub, [MoN/CrN]n/Sub and [TiN/SiC]n/Sub) nanostructured coatings, determination of the influence of energy and thermodynamic deposition parameters on their structural-phase state and physical-mechanical properties. The obtained results of complex studies supply and extend the modern ideas about the physical foundations of the formation of the structure, microstructure, physical-mechanical and tribological properties of multi-element and multilayer nanostructured coatings based on nitrides of refractory and transition metals deposited by vacuum-arc evaporation or magnetron sputtering. Most of all, it concerns the influence of deposition parameters, such as reactive nitrogen atmosphere pressure, bias potential, substrate temperature, bilayer thickness. The obtained experimental data, supplemented by the results of the principle-principles molecular dynamics calculations, contribute to the further development of theoretical ideas about the formation of multielement and multilayer nitride coatings with controlled properties. Investigation of the influence of thermal annealing and high dose ion implantation on the structure-phase state and physical-mechanical properties of the coatings allow deeper understanding of the physical processes occurring in the coatings due to the action of the mentioned processes.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу імплантації негативних іонів Au- на фазовий склад, структурно-напружений і дефектний стан, механічні й трибологічні властивості п'яти- та шести- елементних нітридних покриттів (TiZrAlYNb)Nx і (TiZrHfVNbTa)Nx і вплив на них технологічних умов осадження (тиску робочого газу, і потенціалу зсуву підкладки). Результати дослідження елементного, фазового і напружено-деформованого стану покриттів свідчать про те, що в покриттях відбувається формування двух основних кристалічних фаз – ГЦК і ОЦК в залежності від тиску робочого газу. Фазовий стан змінюється від аморфного до нанокристалічного, а покриття знаходяться під напруженням стиску. Проведення іонної імплантації (однозарядними негативними іонами золота Au-) призводить до наступних наслідків. Поверхневий шар покриття сильно розупорядкований із підвищеною долею ОЦК фази у результаті балістичної взаємодії іонів золота і матеріалу покриття. Також, відбувається значне збільшення кількості дефектів у покритті: дислокацій, пустот, нанопор, бі- і тривакансій, а також вакансійних комплексів. Дослідження механічних та трибологічних властивостей покриттів показали, що імплантація іонами золота приводить до зростання твердості покриттів у імплантованому шарі (до величини 39,05 ГПа), а також індекс в’язкопластичності збільшується до 0,123. Спостерігається збільшення зносостійкості покриттів (у 2,5 рази) і зменшення коефіцієнту тертя. Таким чином, проведення іонної імплантації іонами золота, за рахунок внутрішніх процесів дефектоутворення, зменшення розміру зерен і збільшення об’ємної долі меж зерен призводить до покращення фізико-механічних властивостей покриттів (TiZrAlYNb)Nx і (TiZrHfVNbTa)Nx.
Диссертационная работа посвящена исследованию влияния имплантации отрицательных ионов Au- на фазовый состав, структурно-напряженное и дефектное состояние, механические и трибологические свойства пяти- и шести- элементных нитридных покрытий (TiZrAlYNb)Nx и (TiZrHfVNbTa)Nx и влияние на них технологических условий осаждения (давления рабочего газа, и потенциала смещения подложки). Результаты исследования элементного, фазового и напряженнодеформированного состояния покрытий свидетельствуют о том, что в покрытиях происходит формирование двух основных кристаллических фаз – ГЦК и ОЦК в зависимости от давления рабочего газа. Фазовое состояние изменяется от аморфного до нанокристаллического, а покрытия находятся под напряжениями сжатия. Проведение ионной имплантации (однозарядными отрицательными ионами золота Au-) приводит к следующим последствиям. Поверхностный шар покрытия сильно разупорядочен, с повышенной долей ОЦК фазы в результате баллистического взаимодействия ионов золота и материала покрытия. Также, происходит значительное увеличение количества дефектов в покрытии: дислокаций, пустот, нанопор, би- и тривакансий, а также вакансионных комплексов. Исследования механических и трибологических свойств покрытий показали, что имплантация золота приводит к возрастанию твердости покрытий в имплантированном шаре (до величины 39,05 ГПа), а также индекс вязкопластичности увеличивается до 0,123. Наблюдается увеличение износостойкости покрытий (в 2,5 раза) и уменьшение коэффициента трения. Таким образом, проведение ионной имплантации ионами золота, за счет внутренних процессов дефектообразования, уменьшения размера зерен и увеличения объемной доли границ зерен приводит к улучшению физико-механических свойств покрытий (TiZrAlYNb)Nx и (TiZrHfVNbTa)Nx.
The thesis is devoted to investigation of the influence of ion implantation by negative ions Au- on the phase composition, structure-stress and defect state, mechanical and trybological properties of five- and six- elements nitride coatings (TiZrAlYNb)Nx and (TiZrHfVNbTa)Nx, and influence on them of the deposition technological parameters – pressure of working state, and substrate bias voltage. The results of the investigation of element, phase and structure-deformated state of the coatings show that, two main crystalline phases are formed in the coatings – FCC and BCC; depending on the working gas pressure phase state is changed from amorphous to nanocrystalline; and coatings are under the compressive stress. Ion implantation (by one-charge negative ions gold Au-) leads to the following. Subsurface layer is disordered a lot, and has higher rate of BCC phase – based on ballistic collisions of ions of Au with the coating’s material. Also, number of defects in the coating is increased significantly – dislocations, holes, nanopores, bi- and triplevacancies, and also vacancy clusters are found. Investigation of mechanical and trybological properties of the coatings showed, that ion implantation leads to increasing of hardness of the coatings in the implanted layer (up to 39,05 GPa), and index of viscoplasticity is increased to 0,123. Wear resistance is increased (up to 2,5 times), and friction coefficient is decreased. Thus, ion implantation by Au- ions, leads to improving of physical and mechanical properties of the investigated coatings (TiZrAlYNb)Nx and (TiZrHfVNbTa)Nx, because of internal processes of defects formation, decreasing of grains sizes, and increasing of volume rate of grain boundaries.