канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения»,
600000, г. Владимир, ул. Горького, 87
Cand. Sci. (Eng.), Associate professor, Department of mechanical engineering technology,
600000, Vladimir, Gorkogo str., 87
докт. техн. наук, ст. науч. сотрудник
Dr. Sci. (Eng.), Senior researcher
докт. техн. наук, чл.-кор. РАН, директор,
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
Dr. Sci. (Eng.), Corresponding Member of the RAS, Director,
142432, Moscow reg., Chernogolovka, Akademika Osip’jana str., 8
канд. техн. наук, директор Института машиностроения и автомобильного транспорта
Cand. Sci. (Eng.), Director of Institute of Mechanical Engineering and Road Transport,
600000, Vladimir, Gorkogo str., 87
инженер,
600020, г. Владимир, ул. Б. Нижегородская, 92Б
Engineer,
600020, Vladimir, B. Nizhegorodskaya str., 92B
В работе представлены результаты исследования покрытий системы CrN/AlN, полученных методом магнетронно-ионного реактивного распыления. Изучены варианты покрытий с периодической нанокомпозитной структурой с периодом слоя L = = 1,5÷3,2 нм и относительным содержанием Cr в покрытии Cr/(Al + Cr) в интервале 68–85 %. Установлено, что покрытия имеют плотную морфологию и столбчатую зерненную структуру, которая является для них типичной. Для всех образцов отмечены дифракционные максимумы, соответствующие кубической решетке, являющиеся суперпозицией двух составов покрытий: CrN и AlN. Пиков, соответствующих AlN с гексагональным типом структуры, не зафиксировано. Также не обнаружено пиков CrAlN, т.е. образования гомогенного покрытия не происходит. Проведены экспериментальные исследования микро- твердости, модуля упругости, индекса пластичности и износостойкости покрытий, полученных при различных режимах напыления. Измерения показали, что микротвердость и модуль упругости полученных покрытий изменяются в диапазонах H = 32÷42 ГПа и E = 350÷420 ГПа соответственно. Максимальное значение индекса пластичности H/E=0,115 достигается при L = 3,2 нм, что соответствует вариантам покрытий с наибольшей твердостью. Однако при минимальном периоде слоев (L = 1,5 нм) и высоком содержании Cr также отмечены достаточно большие значения H/E ~0,1. Коэффициенты абразивного износа полученных покрытий изменяются в интервале kс = (2,0÷2,8)·10–13 м3/(Н·м). Минимальные его значения достигнуты при максимальном периоде слоев покрытия, т.е. при наибольшей твердости, что хорошо согласуется с классической теорией износа. В то же время высокая износостойкость наблюдается и при малом L, что свидетельствует о корреляции величин H/E и kс. На основе полученных экспериментальных данных построена группа нейросетевых моделей, устанавливающих взаимосвязь параметров технологического режима (силы тока на магнетронах) напыления с элементным составом покрытий, а также периода слоев покрытия и относительного содержания хрома с физико-механическими свойствами и износостойкостью покрытий CrN/AlN.
The paper presents the results of investigation of CrN/AlN system coatings obtained by magnetron-ion reactive sputtering. Coating versions with a periodic nanocomposite structure with a layer period L = 1,5÷3,2 nm and a relative Cr content in the Cr/(Al + Cr) coating range of 68–85 % are studied. It is found that the coatings have a dense morphology and a columnar grain structure, which is typical for them. For all the samples, diffraction maxima corresponding to the cubic lattice are observed, being a superposition of the two compositions of CrN and AlN coatings. No peaks corresponding to AlN with a hexagonal structure type are recorded. Neither CrAlN peaks are found, that means that no homogeneous coating is formed. Experimental studies of the microhardness, modulus of elasticity, plasticity index and wear resistance of coatings obtained under different spraying conditions are conducted. Measurements showed that the microhardness and modulus of elasticity of the coatings obtained vary between H = 32÷42 GPa and E = 350÷420 GPa, respectively. The maximum plasticity index value H/E = 0,115 is reached at L = 3,2 nm, which corresponds to the coating versions with the greatest hardness. However, the H/E = 0,1 values are also fairly high with a minimum layer period (L = 1,5 nm) and a high Cr content. Abrasive wear coefficients of the coatings obtained vary in the range kс = (2,0÷2,8)·10–13 m3/(N·m). The minimum values of wear are reached at the maximum period of coating layers, i.e. with the greatest hardness, which agrees well with the classical theory of wear. At the same time, high wear resistance is observed at a low L, which indicates a correlation of the values of H/E and kс. Based on the experimental data, a group of neural network models is built that establish the relationship between the deposition process mode parameters (current on magnetrons) with the elemental composition of coatings, as well as the period of coating layers and relative chromium content with the physical and mechanical properties and abrasion resistance of CrN/AlN coatings.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.