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

V. S. Sergevnin; Сергевнин В. С.; D. S. Belov; Белов Д. С.; I. V. Blinkov; Блинков И. В.; A. P. Demirov; Демиров А. П.; A. V. Chernogor; Черногор А. В.; I. V. Shchetinin; Щетинин И. В.

doi:10.31857/S0002337X23040115

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

作者: Sergevnin V.S.¹, Belov D.S.¹, Blinkov I.V.¹, Demirov A.P.¹, Chernogor A.V.¹, Shchetinin I.V.¹
隶属关系:
1. Moscow Institute of Steel and Alloys (National University of Science and Technology), 119049, Moscow, Russia
期: 卷 59, 编号 4 (2023)
页面: 374-383
栏目: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140142
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23040115
EDN: https://elibrary.ru/VUJVBS
ID: 140142

如何引用文章

全文:

开放存取

##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问

订阅存取

详细
作者简介
参考
补充文件
统计

详细

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.

关键词

nanostructure, multilayer structure, modulation period, macroscopic stress, arc PVD, nitride–metal coating, growth of nuclei

参考

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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.
РД 50-672-88 Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов. М.: Стандартинформ, 2018.
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
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
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
Панькин Н.А. Влияние условий конденсации ионно-плазменного потока на структуру и свойства нитрида титана: Дис. … канд. физ.-мат. наук. Калуга. 2008. 118 с.
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
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
Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атомиздат, 1977. 264 с.
Плешивцев H.B., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. М.: Вузовская книга, 1998. 392 с.