Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 77 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ УДК 621.793.1 НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ МЕТОДОМ С ПЛАЗМЕННЫМ АССИСТИРОВАНИЕМ: СИНТЕЗ, СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ* Н.Н. КОВАЛЬ, доктор техн. наук, Ю.Ф. ИВАНОВ, доктор физ.-мат. наук, О.В. КРЫСИНА (ИСЭ СО РАН, г. Томск) В.С. ЛОЖКИН, аспирант, А.Ю. ЧУМАЧЕНКО, аспирант, ( НГТУ, г. Новосибирск ) Статья поступила 30 августа 2011 года Крысина О.В . – 634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3, Учреждение Российской академии наук Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, e-mail: krysina@opee.hcei.tsc.ru Рассматривается синтез нанокристаллических покрытий методом вакуумно-дугового плазменно-ассистированного осаждения на основе нитрида титана с добавками меди и кремния. Показано значительное улучшение физико- механических характеристик многокомпонентных покрытий Ti-Cu-N и Ti-Si-N по сравнению с бинарными покрытиями TiN и выявлены их структурно-фазовые особенности. Ключевые слова: нанокристаллические покрытия, вакуумно-дуговое осаждение, плазменное ассистирование, ни- трид титана, сверхтвердость. ____________________ * Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной Рос- сии» на 2009 – 2013 гг. (Гос. контракт № 14.740.12.0858) и РФФИ (проект № 11-08-00625-а). В последние годы наряду с одноэлементными и двухэлементными (нитридные, оксидные, карбид- ные и другие соединения, такие как TiN, TiC, TiO 2 , CrN, AlN, ZrN и другие) хорошо изученными по- крытиями исследователи уделяют особое внимание многокомпонентным (трех- и более элементным) по- крытиям, которые обладая сложной многофазной на- нокристаллической или аморфной структурой, име- ют уникальные свойства, такие как сверхтвердость (≥40 ГПа) [1,2], стойкость к окислению при высоких температурах (>1000 °С) [3,4], низкий коэффициент трения (≤ 0,1) [5]. Особое место занимают покрытия на основе традиционного износостойкого покрытия – нитрида титана благодаря выявлению эффекта пере- хода подобных покрытий из микрокристаллического в нанокристаллическое состояние при добавлении в состав одного или нескольких допирующих элемен- тов [6], таких как Si, Al, Cr, Cu и др. Цель данной работы – проведение работ по фор- мированию покрытий на основе нитрида титана с до- бавками Cu и Si методом вакуумно-дугового осажде- ния с плазменным ассистированием при испарении композиционных катодов, а также проведение ком- плекса исследований структурно-фазового элемент- ного состава и физико-механических свойств этих покрытий. Для формирования многокомпонентных покры- тий использовалась ионно-плазменная установка «ТРИО», основными узлами которой являются два электродуговых испарителя и плазменный источник с накаленным катодом «ПИНК» [7]. Покрытия форми- ровались в смешанной плазме, генерируемой при ис- парении композиционных катодов с низким содержа- нием дополнительного элемента (<15%) и ионизации реакционного газа азота с помощью «ПИНК». В ка- честве материала подложек выступал твердый сплав ВК-8. Непосредственно перед нанесением покрытий поверхность образцов очищали и активировали бом- бардировкой ускоренными ионами аргона при отри- цательном потенциале подложки ≈ 1 кВ, в ходе чего образцы нагревалась до температуры 300 ºС. Синтез всех многокомпонентных покрытий осуществляли в интервале значений параметров: U см = –100…–300 В; γ = 50 %; р = 0,3…0,4 Па; I д = = 50…100 А; Т = 300…400 °С. При таких параметрах