Структура и трибологические характеристики покрытий на основе системы TiAlZrN-InSn

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Распылением катодов различных магнетронов (Ti, Al, Zr, InSn) получены тонкие композитные твердые смазочные покрытия TiAlZrN и TiAlZrN-InSn. Методами электронной микроскопии, рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов исследовали структуру, элементный и фазовый составы. Развитость поверхности покрытий значительно возрастала при увеличении содержания индия и уменьшении отношения содержаний Al/Zr. Получены разные фазовые составы покрытий в зависимости от отношения содержаний основных компонентов. В результате покрытия могут иметь нитридную структуру: однофазную Ti,Al,ZrN с периодом решетки близким к a = 4,24 Å, двухфазную с InSn, двухфазную, включающую нитриды TiAlZrN (период решетки a ≈ 4,24 Å), ZrTiAlN (a = 4,29–4,58 Å), и трехфазную с InSn. Микротвердость покрытий достигала 1056 HV0,05 при наибольших значениях для двухфазной нитридной структуры. В трибологических испытаниях износ определяли для режима возвратно-поступательного движения. Коэффициенты трения покрытий варь- ировались от 0,20 до 0,33. Наименьший износ получен для покрытий, содержащих две нитридные фазы и индий в количестве <3,7 ат.%.

Об авторах

А. А. Лозован

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: sveta_049@mail.ru
Россия, Москва

С. Я. Бецофен

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: sveta_049@mail.ru
Россия, Москва

С. В. Савушкина

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: sveta_049@mail.ru
Россия, Москва

И. А. Николаев

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: sveta_049@mail.ru
Россия, Москва

Е. Ю. Жуков

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: sveta_049@mail.ru
Россия, Москва

А. В. Бабайцев

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: sveta_049@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ouyang J.-H. High-temperature solid lubricants and self-lubricating composites: A critical review / Ouyang J.-H., Li Y.-F., Zhang Y.-Z., Wang Y.-M., Wang Y.-J. // Lubricants. 2022. V.10. P.177.
  2. Lenz, B. Potential of nitrided and PVD-MoS2: Ti-coated duplex system for dry-running friction contacts / B. Lenz, S. Hoja, M. Sommer, H. Hasselbruch, A. Mehner, M. Steinbacher // Lubricants. 2022. V.10. Art.229.
  3. Пат. 2416675 РФ. Способ формирования композитных твердосмазочных покрытий на рабочих поверхностях узлов трения / Л.Н. Лесневский, В.Н. Тюрин, А.М. Ушаков; опубл. 20.04.2011. – (Patent 2416675 RF. Method of forming composite solid lubricating coatings on working surfaces of friction units / L.N. Lesnevsky, V.N. Tyurin, A.M. Ushakov; published 20.04.2011.)
  4. Holmberg, K. Coatings tribology: properties, mechanisms, techniques and applications in surface engineering / K. Holmberg, A. Matthews. – [S.l.]: Elsevier, 2009. 560 p.
  5. Zayatzev, A.N. An experimental study of tribological properties of threaded joints Inconel 718 – Grade 660 with a solid lubricant based on MoS2 / A.N. Zayatzev, J.I. Shoucheng, Y.P. Alexandrova // Proceed. 9th Intern. Conf, Industr. Eng. (ICIE). 2023. P.489.
  6. Liu C. Ultralow-friction and ultralow-wear TiN-Ag solid solution coating in base oil / Liu C., Gu X., Yang L., Song X., Wen M., Wang J., Li Q., Zhang K., Zheng W., Chen C. // J. Phys. Chem. Let. 2020. V.11(5). P.1614–1621.
  7. Блинков, И.В. Керамико-металлические (TiN–Cu) наноструктурные ионно-плазменные вакуумно-дуговые покрытия для режущего твердосплавного инструмента / И.В. Блинков, А.О. Волхонский, А.И. Лаптев, Т.А. Свиридова, Н.Ю. Табачкова, Д.С. Белов, А.В. Ершова // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. №2. С.55–59. – (Blinkov, I.V., Volkhonskii, A.O., Laptev, A.I. et al. Ceramic-metallic (TiN-Cu) nanostructured ion-plasma vacuum-arc coatings for cutting hard-alloy tools. Russ. J. Non-ferrous Metals 55, 489–493 (2014). doi: 10.3103/S106782121405006X.)
  8. Yea, F. Nanoindentation response analysis of TiN-Cu coating deposited by magnetron sputtering / F. Yea, X. Suna // Progress in Natural Science: Mater. Intern. 2018. V.28. P.40–44.
  9. Guleryuz, C.G. Machining performance of TiN coatings incorporating indium as a solid lubricant as placeholders for microreservoir formation / C.G. Guleryuz, J.E. Krzanowski, S.C. Veldhuis, G.S. Fox-Rabinovich // Surface and Coatings Techn. 2009. V.203. P.3370–3376.
  10. Hasegava, H. Ti1–xAlxN, Ti1–xZrxN and Ti1–xCrxN films synthesized by the AIP / H. Hasegava, A. Kimura, T. Suzuki // Surface and Coatings Techn. 2000. V.132. P.76–79.
  11. Lozovan, A.A. Influence of sputtering geometry and conditions on the structure and properties of the TiN–Pb solid lubricating coatings fabricated by magnetron co-sputtering of two separate targets / A.A. Lozovan, S.Y. Betsofen, S.V. Savushkina, M.A. Lychovetsky, L.N. Lesnevsky, I.A. Nikolaev, E.P. Kubatina // Russian Metallurgy (Metally). 2022. V.Supl. P.1441–1448.
  12. Лозован, А.А. Исследование структуры и механизмов изнашивания твердых смазочных покрытий системы TIN–PB / А.А. Лозован, С.Я. Бецофен, С.В. Савушкина, М.А. Ляховецкий, Л.Н. Лесневский, И.А. Николаев, Ю.С. Павлов, Е.П. Кубатина, Л.Е. Агуреев // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2023. №8. С.64–73. – (Lozovan, A.A., Betsofen, S.Y., Savushkina, S.V. et al. Study of the Structure and Mechanisms of the Wear of Solid-Lubricant Coatings of the TiN–Pb System. J. Surf. Investig. 2023. V. 17. P. 903–911. doi: 10.1134/S1027451023040274.)
  13. Lozovan, A. Investigation of structural and tribological characteristics of TiN composite ceramic coatings with Pb additives / A. Lozovan, S. Savushkina, M. Lyakhovetsky, I. Nikolaev, S. Betsofen, E. Kubatina // Coatings. 2023. V.13. Art.1463. doi: 10.3390/coatings13081463.
  14. Guo H. Comparison of microstructures and properties of VN and VN/Ag nanocomposite films fabricated by pulsed laser deposition / Guo H., Lu C., Zhang Z. [et al.] // Appl. Phys. A. 2018. V.124. P.694.
  15. Cai Q. Adaptive VAlCN-Ag composite and VAlCN/VN-Ag multilayer coatings intended for applications at elevated temperature / Cai Q., Bai X., Pu J. // J. Mater. Sci. 2022. V.57. P.8113–8126.
  16. Лозован, А.А. Структура и трибологические характеристики покрытий TiAlN с добавками In, Sn и Pb / А.А. Лозован, С.В. Савушкина, С.Я. Бецофен, М.А. Ляховецкий, И.А. Николаев, Е.Ю. Жуков, Е.А. Данилина // Деформация и разрушение материалов. 2024. №8. С.10–19. – (Lozovan A.A., Savushkina S.V., Betzofen S.Ya., Lyakhovetskiy M.A., Nikolaev I.A., Zhukov E.Yu., Danilina E.A. Structure and tribological characteristics of TiAlN coatings with In, Sn and Pb additives // Deformation and Fracture of Materials. 2024. No. 8. P. 10–19. doi: 10.31044/1814-4632-2024-8-10-19.)
  17. Lo W.-L. Improvement of high entropy alloy nitride coatings (AlCrNbSiTiMo)N on mechanical and high temperature tribological properties by tuning substrate bias / Lo W.-L., Hsu S.-Y., Lin Y.-C., Tsai S.-Y., Lai Y.-T., Duh J.-G. // Surface and Coatings Techn. 2020. V.401. Art.126247.
  18. Wang, J. Insight into the structure and tribological and corrosion performance of high entropy (CrNbSiTiZr)C films: First-principles and experimental study / Wang, J., Zhang, H., Yu X., Wang L., Huang W., Lu Z. // Surface and Coatings Techn. 2021. V.421. Art. 127468.
  19. Thorton, J.A. Stress – related effects in thin films / J.A. Thorton, D.W. Hoffman // Thin Solid Films. 1989. V.171. P.5.
  20. Pearson, W.B. A handbook of lattice spacings and structures of metals and alloys / W.B. Pearson. – N.Y.: Pergamon Press, 1958. 1044 p.
  21. Hassine, M.B. Growth model for high-Al containing CVD TiAlN coatings on cemented carbides using intermediate layers of TiN / M.B. Hassine, H.-O. Andr´en, A.H.S. Iyer, A. Lotsari, O. Bäcke, D. Stiens, W. Janssen, T. Manns, J. Kümmel, M. Halvarsson // Surface and Coatings Techn. 2021. V.421. Art.127361.
  22. Zhou M. Phase transition and properties of Ti-Al-N thin films prepared by r.f.-plasma assisted magnetron sputtering / Zhou M., Makino Y., Noose M., Nogi K. // Thin Solid Films. 1999. V.339. P.203–208.
  23. Zhang R.-Z. Review of high entropy ceramics: design, synthesis, structure and properties / Zhang R.-Z., Reece M. J. // J. Mater. Chem. A. 2019. V.7. P.22148–22162.
  24. Sarkar, A. High-Entropy oxides: fundamental aspects and electrochemical properties / A. Sarkar, Q. Wang, A. Schiele, M.R. Chellali, S.S. Bhattacharya, D. Wang, T. Brezesinski, H. Hahn, L. Velasco, B. Breitung // Advanced Materials. 2019. V.31. Art.1806236. 9 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025