Structure and Phase Formation in the Ti–Al–Mo–N and Ti–Al–Mo–Ni–N Systems during the Arc PVD Coating Process

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Nanostructured Ti–Al–Mo–N and Ti–Al–Mo–Ni–N coatings with a layered architecture have been grown by arc PVD. We have determined deposition parameters (reaction gas (nitrogen) pressure and negative bias voltage applied to the substrate and determining the energy of incident particles) that enable the formation of a two-phase nitride (TiN + Mo2N) coating in the Ti–Al–Mo–N system and a nitride–metal (TiN + Mo2N + Ni) coating in the Ti–Al–Mo–Ni–N system. The addition of Ni to the composition of Ti–Al–Mo–N coatings leads to a decrease in the average grain size of the nitride phases from 35 to 12 nm and reduces the modulation period from 50 to 35 nm by limiting the growth of nitride nuclei. This is accompanied by a decrease in biaxial macrostress: from σ = –2.51 GPa in the Ti–Al–Mo–N coating to σ = –0.67 GPa in the Ti–Al–Mo–Ni–N coating.

About the authors

V. S. Sergevnin

Moscow Institute of Steel and Alloys (National University of Science and Technology), 119049, Moscow, Russia

Email: dm.blv@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

D. S. Belov

Moscow Institute of Steel and Alloys (National University of Science and Technology), 119049, Moscow, Russia

Email: dm.blv@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

I. V. Blinkov

Moscow Institute of Steel and Alloys (National University of Science and Technology), 119049, Moscow, Russia

Email: dm.blv@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

A. P. Demirov

Moscow Institute of Steel and Alloys (National University of Science and Technology), 119049, Moscow, Russia

Email: dm.blv@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

A. V. Chernogor

Moscow Institute of Steel and Alloys (National University of Science and Technology), 119049, Moscow, Russia

Email: dm.blv@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

I. V. Shchetinin

Moscow Institute of Steel and Alloys (National University of Science and Technology), 119049, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: dm.blv@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

References

  1. Крылова Т.А., Иванов К.В., Чумаков Ю.А., Троценко Р.В. Коррозионная стойкость и износостойкость покрытий, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки тугоплавких карбидов на низкоуглеродистую сталь // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 3. С. 343–347. https://doi.org/10.31857/S0002337X20030094
  2. Крылова Т.А. Влияние добавок TIC и TIB2 на структуру и свойства композиционных хромсодержащих покрытий // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 3. С. 271–276. https://doi.org/10.31857/S0002337X22020087
  3. Badisch E., Fontalvo G.A., Stoiber M., Mitterer C. Tribological Behavior of PACVD TiN Coatings in the Temperature Range up to 500°C // Surf. Coat. Technol. 2003. V. 163–164. P. 585–590. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00626-6
  4. Hörling A., Hultman L., Odén M., Sjölén J., Karlsson L. Mechanical Properties and Machining Performance of Ti1–x Alx N-coated Cutting Tools // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 191. № 2–3. P. 384–392. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.04.056
  5. Kutschej K., Mayrhofer P.H., Polcik P., Kathrein M., Tessadri R., Mitterer C. Structure, Mechanical and Tribological Properties of Sputtered Ti1–xAlxN Coatings with 0.5 < x < 0.75 // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 200. № 7. P. 2358–2365. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.12.008
  6. Gassner G., Mayrhofer P.H., Kutschej K., Mitterer C., Kathrein M. Magnéli Phase Formation of PVD Mo–N and W–N Coatings // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 201. P. 3335–3341. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.067
  7. Блинков И.В., Волхонский А.О., Белов Д.С., Блинков В.И., Cкрылёва Е.А., Швындина Н.В. Наноструктурирование и модифицирование свойств вакуумно-дуговых покрытий TiN введением в их состав никеля // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 2. С. 163–170. https://doi.org/10.7868/S0002337X15020037
  8. Akbari A., Templier C., Beaufort M.F., Eyidi D., Riviere J.P. Ion Beam Deposition of TiN-Ni Nanocomposite Coatings // Surf. Coat. Technol. 2011. V. 206. P. 972–975. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.03.102
  9. Pogrebnjaka A.D., Abadias G., Bondar O.V., Postolnyia B.O., Lisovenko M.O., Kyrychenko O.V., Andreev A.A., Beresnev V.M., Kolesnikov D.A., Opielak M. Structure and Properties of Multilayer Nanostructured Coatings TiN/MoN Depending on Deposition Conditions // Acta Phys. Pol., A. 2014. № 125. P. 1280–1283. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.125.1280
  10. Zhang G., Wang T., Chen H. Microstructure, Mechanical and Tribological Properties of TiN/Mo2N Nano-Multilayer Films Deposited by Magnetron Sputtering // Surf. Coat. Technol. 2015. V. 261. P. 156–160. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.11.041
  11. Vereschaka A.A., Grigoriev S.N. Study of Cracking Mechanisms in Multi-layered Composite Nano-Structured Coatings // Wear. 2017. V. 378–379. P. 43–57. https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.01.101
  12. Nezu A., Matsuzaka H., Yokoyama R. A Current Perspective of the State-of-the-Art in Stress Analysis // Rigaku J. 2014. V. 30. P. 4–12.
  13. Perry A.J. X-ray Residual Stress Measurement in TiN, ZrN and HfN Films Using the Seemann-Bohlin Method // Thin Solid Films. 1992. V. 214. P. 169–174. https://doi.org/10.1016/0040-6090(92)90766-5
  14. Oliver W.C., Pharr G.M. An Improved Technique for Determining Hardness and Elastic Modulus // J. Mater. Res. 1992. V. 7. P. 1564–1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564
  15. Платонов Г.Л., Аникин В.Н., Аникеев А.И. Изучение роста износостойких слоев из карбида титана на твердых сплавах // Порошковая металлургия. 1980. № 8. С. 48–52
  16. Каменева А.Л. Изучение влияния технологических условий формирования пленок на основе ZrN на их структуру и свойства методом магнетронного распыления // Вестн. МГТУ им. Носова. 2009. № 4. С. 40–46.
  17. РД 50-672-88 Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов. М.: Стандартинформ, 2018.
  18. Sanjines R., Wiemer C., Almeida J., Levy F. Valence Band Photoemission Study of the Ti–Mo–N System // Thin Solid Films. 1996. V. 290–291. P. 334–338. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09082-7
  19. Bertoti I. Characterization of nitride coatings by XPS // Surf. Coat. Technol. 2002. V. 151–152. P. 194–203. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01619-X
  20. Dube C.E., Workie B., Kounaves S.P., Robbat A., Aksu M.L., Davies G. Electrodeposition of Metal Alloy and Mixed Oxide Films Using a Single-Precursor Tetranuclear Copper–Nickel Complex // J. Electrochem. Soc. 1995. V. 142 P. 3357–3365. https://doi.org/10.1149/1.2049987
  21. Панькин Н.А. Влияние условий конденсации ионно-плазменного потока на структуру и свойства нитрида титана: Дис. … канд. физ.-мат. наук. Калуга. 2008. 118 с.
  22. Pagon A.M., Doyle E.D., McCulloch D.G. The Microstructure and Mechanical Properties of TiN–Ni Nanocomposite Thin Films // Surf. Coat. Technol. 2013. V. 235. P. 394–400. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.07.051
  23. Akbari A., Templier C., Beaufort M.F., Eyidi D., Riviere J.P. Ion Beam Deposition of TiN-Ni Nanocomposite Coatings // Surf. Coat. Technol. 2011. V. 206. P. 972–975. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.03.102
  24. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атомиздат, 1977. 264 с.
  25. Плешивцев H.B., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. М.: Вузовская книга, 1998. 392 с.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 В.С. Сергевнин, Д.С. Белов, И.В. Блинков, А.П. Демиров, А.В. Черногор, И.В. Щетинин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».