Microstructure and residual stresses of ZrN/CrN multilayer coatings formed by the plasma-assisted vacuum-arc method

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 3 2022 76 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Микроструктура и остаточные напряжения многослойных покрытий ZrN/CrN, полученных плазменно-ассистированным вакуумно-дуговым методом Андрей Воронцов 1, а*, Андрей Филиппов 1, b, Николай Шамарин1, c, Евгений Москвичев1, d, Ольга Новицкая1, e, Евгений Княжев1, f, Юлия Денисова2, g, Андрей Леонов2, h, Владимир Денисов2, i 1 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия 2 Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, г. Томск, 634055, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4334-7616, vav@ispms.ru, b https://orcid.org/0000-0003-0487-8382, andrey.v.fi lippov@yandex.ru, c https://orcid.org/0000-0002-4649-6465, shnn@ispms.ru, d https://orcid.org/0000-0002-9139-0846, em_tsu@mail.ru, e https://orcid.org/0000-0003-1043-4489, nos@ispms.tsc.ru, f https://orcid.org/0000-0002-1984-9720, zhenya4825@gmail.com, g https://orcid.org/0000-0002-3069-1434, yukolubaeva@mail.ru, h https://orcid.org/0000-0001-6645-3879, laa-91@yandex.ru, i https://orcid.org/0000-0002-5446-2337, volodyadenisov@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 3 с. 76–89 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-76-89 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.45.038.7 История статьи: Поступила: 16 мая 2022 Рецензирование: 31 мая 2022 Принята к печати: 18 июня 2022 Доступно онлайн: 15 сентября 2022 Ключевые слова: Покрытие ПЭМ Нитриды Структура Фазовый состав РСА Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования (проект № 075-152021-1348) в рамках мероприятия № 1.1.16. Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Сегодняшнее состояние в области применения твердых покрытий нуждается в формировании наноструктурированных композиций с использованием различных химических элементов. Современные твердые покрытия способны сочетать в себе разные свойства, такие как высокая твердость, износостойкость, коррозионная стойкость. В настоящее время перспективными являются покрытия, полученные послойным нанесением нитридов циркония и хрома. При осаждении комбинаций химических элементов на различные подложки требуются исследования, направленные на изучение их микроструктуры, и главным образом остаточных напряжений, сформированных при нанесении многослойных покрытий. Целью работы является исследование структурно-фазового состояния и остаточных напряжений покрытий системы ZrN/CrN, полученных плазменно-ассистированным вакуумно-дуговым методом из газовой фазы. Методика исследования. В работе исследованы образцы с покрытиями из нитридов циркония и хрома, нанесенными на подложки из твердого сплава ВК8. В работе используются такие методы исследований, как просвечивающая электронная микроскопия для изучения микроструктурных характеристик многослойных покрытий и рентгеноструктурный анализ для количественного определения остаточных напряжений I рода. Результаты и их обсуждение. На основании полученных экспериментальных результатов установлено, что изменение режимов нанесения многослойных покрытий ZrN/CrN в части скоростей вращения стола и подложкодержателя приводит к изменению микроструктуры, морфологии и внутренних напряжений поверхностных слоев многослойных покрытий. Показано, что при изменении условий нанесения слоев многослойного покрытия открываются возможности формирования покрытий ZrN/CrN на подложке из сплава ВК8 с наномасштабной толщиной слоев покрытия. Рентгеноструктурный анализ указывает в основном на несущественные напряжения, а при высокой скорости вращения стола и подложкодержателя – на высокие сжимающие напряжения во многослойном покрытии. В ходе исследований просвечивающей электронной микроскопии установлено, что покрытия CrN и ZrN имеют общую текстуру роста многослойного покрытия при низких скоростях вращения, а при высоких скоростях наблюдается текстурная разориентировка фаз слоев покрытия. На основе полученных результатов можно рекомендовать покрытия системы ZrN/CrN в качестве твердых покрытий. Для цитирования: Микроструктура и остаточные напряжения многослойных покрытий ZrN/CrN, полученных плазменноассистированным вакуумно-дуговым методом / А.В. Воронцов, А.В. Филиппов, Н.Н. Шамарин, Е.Н. Москвичев, О.С. Новицкая, Е.О. Княжев, Ю.А. Денисова, А.А. Леонов, В.В. Денисов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 76–89. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-76-89. ______ *Адрес для переписки Воронцов Андрей Владимирович, к.т.н., м.н.с. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: 8 (983) 239-34-17, e-mail: vav@ispms.ru

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1