Investigation of the structural-phase state and mechanical properties of ZrCrN coatings obtained by plasma-assisted vacuum arc evaporation

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 1 2022 88 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Одним из методов повышения эксплуатационных характеристик изделий является нанесение на отдельные их элементы покрытий, которые будут обладать более высокими физико-механически и химическими свойствами по сравнению с базовой деталью. Рациональный выбор состава, метода и условий нанесения покрытий будет определять их свойства и характеристики улучшаемых изделий. Современные технологии позволяют формировать покрытия с использованием множества химических элементов. Это дает возможность получать сочетание разных физико-механических и химических свойств отдельных компонентов в одном покрытии. Для этого чаще всего формируют многослойные покрытия с тонкими наноструктурированными слоями [1]. Чередующиеся слои могут эффективно сочетать в покрытии разнообразные функциональные свойства, например износостойкость, коррозионную стойкость, высокую твердость и т. п. Следовательно, выбор состава каждого слоя и будет определять конечные эксплуатационные характеристики изделия. Наиболее эффективным подходом к формированию многослойных покрытий является выбор состава слоев, который позволяет сочетать твердость одного слоя со способностью поглощать энергию деформации другим слоем. Таким образом, возможно создать покрытие с высокой твердостью, но при этом чтобы оно было не склонно к хрупкому разрушению под действием значительных деформаций, что является актуальной задачей для современной техники [2]. Следует также учитывать, что современные виды техники работают в режиме повышенной интенсивности, а это, в свою очередь, сказывается на эксплуатационной температуре, при которой покрытие должно сохранять свои свойства. Следовательно, помимо уже указанных свойств покрытие должно обладать высокой температурной стойкостью. Указанным выше требованиям по отдельным пунктам соответствуют покрытия нитридов хрома и циркония. Известно, что покрытия ZrN обладают высокой износостойкостью и могут эффективно поглощать энергию механической деформации при трении [3–8]. Нитрид хрома в виде однослойного покрытия имеет низкую износостойкость за счет столбчатой структуры [9–12], но в виде многослойного покрытия его износостойкость существенно увеличивается [13–17]. Это указывает на высокую структурную чувствительность данного материала. Оба этих вида покрытия имеют высокую термическую стабильность и химическую стойкость [14, 18]. Следовательно, чередуя слои ZrN и CrN, можно сформировать покрытия системы ZrCrN с высокими физико-механическими свойствами. Многослойные покрытия системы ZrCrN могут быть нанесены различными методами [19]. Наиболее широко известными из них являются магнетронное [20–25] и вакуумно-дуговое [26–30] физическое осаждение из газовой фазы. Последний метод позволяет добиться высокой адгезии покрытия с подложкой, а также гибко управлять составом и толщиной наносимого слоя за счет возможности варьирования энергии конденсируемых ионов в широком диапазоне. Из литературного обзора [29, 30] следует, что твердость многослойных покрытий ZrCrN, нанесенных на подложки из TiC, сильно зависит от условий их нанесения и, как правило, не превышает величины в 30 ГПа. Более высокая твердость (до 42 ГПа) была достигнута при нанесении многослойных наноструктурированных покрытий ZrCrN на коррозионно-стойкую сталь 12Х18Н10Т [27]. Следовательно, подложка оказывает существенное влияние на конечные потребительские свойства покрытия. В настоящее время нам не известны работы по нанесению многослойных покрытий ZrCrN на подложку из сплава ВК8, который широко используется в промышленности в качестве инструмента для обработки металлов давлением и резанием. Целью данной работы является исследование структурно-фазового состояния и механических свойств покрытий системы ZrCrN, полученных вакуумно-дуговым методом физического осаждения из газовой фазы, на подложке из сплава ВК8. Методика исследований Процессы осаждения покрытий осуществлялись плазменно-ассистированным вакуумно-дуговым методом. В эксперименте для генерации потоков металлической плазмы использовались

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1