Влияние тлеющего разряда на структурно-фазовое состояние двухслойных износостойких защитных покрытий на основе титана

Abstract

В статье рассмотрены результаты исследования структуры и фазового состава покрытий на основе титана, которые широко используются в качестве износостойких покрытий для металлорежущего инструмента. В данной работе исследовались двухслойные покрытия типа TiC + TiN и TiN + TiC. Покрытия получали методом магнетронного распыления на подложку из стали 40Х13. Толщина двухслойного покрытия составляла 2-3 мкм. Образцы подвергались обработке в тлеющем разряде с напряжением горения 1-3 кВ, плотности тока 0,125-0,375 мА/м2 в течение 30 минут. Для анализа фазового состава и структуры покрытий до и после обработки применялись электронно-микроскопический и рентгеноструктурный методы анализа. Электронно-микроскопический анализ поверхностного слоя образцов проводился при помощи сканирующего электронного микроскопа Tescan VEGA 2SBA с применением стандартного детектора вторичных электронов. Для рентгеноструктурного анализа использовался автоматизированный комплекс на базе рентгеновского дифрактометра ДРОН3.0. В результате исследований было показано, что обработка тлеющим разрядом двухслойных покрытий приводит к диспергированию частиц титана по сравнению с исходными образцами. При обработке с напряжением горения 1-2 кВ выявлено изменение величин физического уширения дифракционных линий 111 и 220, что свидетельствует об изменении размеров зерен карбидов для покрытия TiN + TiC и нитридов для покрытия TiC +TiN. При обработке двухслойных покрытий с напряжением горения разряда 3 кВ зафиксировано наличие только одной линии 111, что свидетельствует об интенсивном распылении. The article describes the results of the study of the structure and phase composition of titanium based coatings, which are widely used as wear-resistant coatings for metal-cutting tools. In this work we studied two-layered coatings such as TiC + TiN and TiN + TiC. Coatings were obtained by magnetron sputtering on a steel substrate. The thickness of the two-layered coating was 2-3 microns. Samples were processed in a glow discharge with a voltage of 1-3 kV and current density 0.125-0.375 mA/m2 for 30 minutes. To analyze the phase composition and structure of the coatings before and after processing, electron microscopic and X-ray diffraction analysis methods were used. The electron microscopic analysis of the surface layer of the samples was carried out using a Tescan VEGA 2SBA scanning electron microscope using a standard secondary electron detector. For X-ray analysis an automated complex based on an X-ray diffractometer DRON-3.0 was used. As a result of this research it was shown that the glow discharge treatment of two-layered coatings leads to dispersion of titanium particles in comparison with the initial samples. After processing samples with a voltage of 1-2 kV a change in the physical broadening of the diffraction lines 111 and 220 was revealed, which indicates a change in the grain size of carbides for the TiN + TiC coating and nitrides for the TiC + TiN coating. After processing two-layered coatings with a voltage of 3 kV only one line 111 was detected, which indicates to intensive spraying.