Инженер кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов (ФНСиВТМ) НИТУ «МИСиС».
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.
Engineer of the Department of functional nanosystems and high-temperature materials (FNS&HTM), National University of Science and Technology (NUST) «MISIS».
119049, Moscow, Leninkii pr., 4.
Доктор технических наук, профессор кафедры ФНСиВТМ, НИТУ «МИСиС».
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.
Dr. Sci. (Tech.), prof. of the Department of FNS&HTM, NUST «MISIS».
119049, Moscow, Leninkii pr., 4.
Кандидат технических наук, доцент кафедры ФНСиВТМ, НИТУ «МИСиС».
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.
Cand. Sci. (Tech.), associate prof. of the Department of FNS&HTM, NUST «MISIS».
119049, Moscow, Leninkii pr., 4.
Инженер кафедры ФНСиВТМ, НИТУ «МИСиС».
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.
Engineer of the Department of FNS&HTM, NUST «MISIS».
119049, Moscow, Leninkii pr., 4.
Проведены сравнительные исследования структурных характеристик и функциональных свойств покрытий Ti–Al–Mo–N и Ti–Al–Mo–Ni–N, полученных методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаж дения, с целью изучения влияния наноструктурирующей добавки никеля. Покрытия характеризовались слоистой архитектурой с чередованием слоев нитридов титана и молибдена. Концентрация молибдена составляла порядка 22 ат.%, никеля – 7 ат.%, что отвечает оптимальным количествам для наилучших прочностных и трибологических свойств. Показано, что при введении никеля происходит снижение периода модуляции покрытия с 60 до 30 нм с одновременным повышением твердости с 37 до 45 ГПа. При этом увеличивается вязкость разрушения покрытий, о которой судили по относительной работе пластического деформирования и параметрам H/E, H 3/E 2. Добавка пластичного никеля в структуру твердого нитридного покрытия способствовала уменьшению уровня сжимающих макронапряжений в материале от –2,25 до –0,58 ГПа, что, однако, не приводило к снижению твердости и трещиностойкости, как было показано в ходе испытаний по измерительному царапанию. Сделан вывод о том, что фактором, определяющим физико-механические характеристики покрытия, является не макронапряженное состояние, а измельчение зеренной структуры материала покрытия. Введение никеля положительно сказывается на жаростойкости покрытия, которое успешно защищает материал подложки от окисления при температурах до 700°C, что может быть обусловлено вероятностью образования Ni-содержащих оксидов NiMoO4 и NiTiO3 на поверхности. При этом их появление, разрушение и действие в качестве абразивных частиц могут быть причиной изменения механизма изнашивания при трении в условиях высоких температур.
Comparative studies of the structural characteristics and functional properties of Ti–Al–Mo–N and Ti–Al–Mo–Ni–N coatings obtained by the arc-PVD method were carried out in order to study the effect of nanostructuring nickel additive. The coatings featured by multilayered architecture with alternating layers of titanium and molybdenum nitrides. Molybdenum and nickel concentrations were about 22 at.% and 7 at.%, respectively, which corresponds to optimal quantities for the best strength and tribological properties. It was shown that nickel introduction reduces the coating modulation period from 60 to 30 nm with a simultaneous increase in hardness from 37 to 45 GPa. At the same time, an increase in the tensile strength of coatings was noted, which was judged by the relative plastic deformation behavior as well as H/E, H 3/E 2 parameters. Ductile nickel added into the solid nitride coating structure led to a decrease in the level of compressive macrostresses in the material from –2.25 to –0.58 GPa, without, however, any decrease in hardness and fracture toughness that was shown by scratch tests. It is concluded that the factor determining mechanical characteristics of the coating is not the macrostressed state, but the refinement of the coating material grain structure. Nickel positively affected the coating heat resistance successfully protecting the substrate material from oxidation at temperatures up to 700°C, which may be associated with the likelihood of the formation of NiMoO4 and NiTiO3 nickel-containing oxides on the surface. However, their formation, fracture, and action as abrasive particles can cause a change in the friction wear mechanism at high temperatures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.