SU1680799A1

SU1680799A1 - Износостойкое многослойное покрытие

Info

Publication number: SU1680799A1
Application number: SU884477450A
Authority: SU
Inventors: Розен Ионович Товбин; Мирослава Григорьевна Кузина; Владимир Теодорович Зациха
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1991-09-30

Abstract

Изобретение относитс к металлургии, в частности к износостойким многослойным покрыти м, наносимым в вакууме на детали узлов трени , инструмент и инструментальную оснастку. Цель изобретени - повышение работоспособности и технологичности покрыти . Износостойкое многослойное покрытие , содержащее нижний слой из нитрида титана и верхний слой из оксида титана, отличаетс тем, что слой из нитрида титана имеет кристаллографическую ориентацию по отношению к основе (002), слой из оксида титана имеет толщину 0,2 - 0,4 мкм, и отношение толщины сло из оксида титана к толщине сло из нитрида титана составл ет 1-2 при общей толщине покрыти 0,6 - 1,5 мкм. Повышение работоспособности покрыти достигаетс за счет кристаллографической ориентации сло нитрида титана ), обладающего повышенной в зкостью и плотностью, что предотвращает трещино- образование в покрытии при эксплуатации. Услови получени покрыти делают его технологичным. 1 з.п.ф-лы, 1 табл. сл

Description

Изобретение относитс к металлургии, в частности к износостойким многослойным покрыти м, наносимым в вакууме на детали узлов трени , инструмент и инструментальную оснастку.

Цель изобретени - повышение работоспособности и технологичности покрыти .

Износостойкое многослойное покрытие содержит нижний слой из нитрида титана с кристаллографической ориентацией по от- ношению к основе (002) и верхний слой из оксида титана толщиной 0,2 - 0,4 мкм при отношении толщины сло из оксида титана к толщине сло из нитрида титана, составл ющем 1-2 при общей толщине покрыти 0,6 - 1,5 мкм. Покрытие может быть выполнено с чередующимис сло ми.

Пример. Образец, предварительно спротертый бензином и спиртом, загружают в ( камеру, где откачивают воздух до 1 - 6 Па и провод т очистку поверхности в тлеющем разр де при отрицательном потенциале на подложке 1000 В в течение 3-4 мин. Затем камеру откачивают до высокого вакуума (2 X Па), осуществл ют подачу аргона в камеру до давлени 3,4 X Па и производ т окончательную очистку с помощью ионной бомбардировки при отрицательном

XI Ю Ю

напр жении смещени на подложке 1500 В в течени 2-3 мин,

По окончании процесса ионной очистки напр жение смещени на подложке снижают до 500 В и производ т собственно напыление покрыти магнетронным распылением титановой мишени при пар- циональном давлении азота 7,5 X Па, обеспечивающим стехиотрический состав нитрида титана. Напр жение 500 В подают в течение 1/2-1 мин в зависимости от толщины подсло . Напр жение смещени (300 - 500 В) на подложке в процессе маг- нетронного распылени позвол ет осаждать нитрид титана с ориентацией (002) по отношению к подложке, Скорость осаждени нитрида титана на пр мом экспонировании составл ет 0,2 мкмм/мин.

Затем напр жение смещени с подложки снимают и прекращают подачу азота. В камеру подают двуокись углерода при парциальном давлении 6,5 X 10 Па.

Процесс напылени при пр мом экспонировании продолжают в течение 1-1,5 мин. Дл получени покрыти толщиной не менее 0,6 мкм процесс повтор ют. Толщину всего покрыти определ ют количеством слоев нитрида титана и оксида титана. Толщина оксидного сло должна составл ть 1 - 2 толщины нитридного сло , чтобы обеспечить прочность композиции, так как микротвердость нитридного подсло составл ет 2000 кгс/мм , а оксидного - 1000-1100 кгс/мм2.

Прочность сцеплени с подложкой обеспечиваетс нижним подслоем из нитрида титана с преимущественной ориентацией (002), при толщине его не менее 0,1 мкм. Дальнейшее увеличение толщины этого подсло почти не вли ет на прочность сцеплени всего покрыти .

Дл высокой износостойкости толщины подслоев имеют оптимальные величины, которые ограничиваютс значени ми 0,1 - 0,2 мкм дл нитридного и 0,2 - 0,4 мкм дл оксидного слоев. Толщины ниже предлагаемых значений не обеспечивают надежной работоспособности покрыти из-за низкой прочности сцеплени и износостойкости покрыти . Толщины выше оптимальных значений также снижают износостойкость покрыти в св зи с накоплением микронапр жений и дефектов в подсло х с увеличением их толщины.

Предлагаемое покрытие обладает большей прочностью сцеплени с материалом основы, так как нижний слой из нитрида титана выполнен с кристаллографической ориентацией по отношению к основе(002),

характеризующейс большей плотностью атомов по сравнению с ориентацией (111) дл нитрида титана в известном покрытии. Кроме того, слой нитрида титана с ориентацией (002)) характеризуетс большей в зкостью по сравнению с нитридом титана с ориентацией (111), так как в направлении (002) легче проходит сдвигова информаци , что снижает хрупкость покрыти и ве0 ро тность образовани сколов в покрытии при его эксплуатации. Слой из нитрида титана с ориентацией (002) более эффективно по сравнению с известным покрытием сдерживает диффузионные процессы, сни5 жа склонность материала к коррозии и окислению при повышенных температурах, например при высоких скорост х резани , и тем самым повышает работоспособность предлагаемого покрыти .

0 Кроме того, предлагаемое покрытие наноситс при более низкой температуре подложки (200°С), чем при нанесении известного покрыти (450 - 500°С), что делает его более технологичным.

5В таблице приведены примеры выполнени предлагаемого покрыти и его свойства .

Испытани на износостойкость покры- . тий провод т на машине 2070 СМТ-1 путем

0 сухого трени скольжени по схеме диск - колодка. Удельное давление 10 МПа, скорость, скольжени 0,15 м/с. Величину износа оценивают весовым методом на аналитических весах через каждые 30 мин испытаний.

5 База испытаний составл ет 3,5 ч. Величину износа выражают в процентах к первоначальному весу образца.

Прочность сцеплени покрыти с основой определ ют склерометрическим мето0 дом. Дл этого на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 200 г нанос т три риски длиной 2-3 мкм. Затем на микроскопе с помощью окул ра Гюйгенса с сеткой определ ют площадь царапины (5ц) и площадь сколов вместе

5 с царапинами (Зек). Показатель адгезии определ ют соотношением А А

гл с . оск

Приведенные в таблице данные свиде- 0 тельствуют о высокой износостойкости и прочности сцеплени предлагаемого покрыти с основой. Таким образом, предлагаемое многослойное износостойкое покрытие в сравнении с известным обеспечивает повышение работо- 5 способности и технологичности.

Claims

.Формула изобретени 1. Износостойкое многослойное покрытие , содержащее нижний слой из нитрида титана и верхний слой из оксида титана, о тличающеес тем, что, с целью повышени работоспособности и технологичности, слой из нитрида титана выполнен с кри- сталлографческой ориентацией по отношению к основе (002), слой из оксида титана выполнен толщиной 0,2 - 0,4 мкм, а отношение толщины сло из оксида титана к толщине сло из нитрида титана составл ет 1 - 2 при общей толщине покрыти 0,6 - 1,5 мкм,
2. Покрытие по п.1, отлича ю щее- с тем что оно выполнено с чередующимис сло ми.

Пример Покрытие Толщина Отноше-Толщина Кристалле-Прочностьйзносослоев ние тол-покрьг- графическа сцеплени стойпокры- щин слоевти ,мкм ориентаци покрыти кость,

ти .мкм TiOvрешетки по-с деталью,U 1СГ , %

TiNкрыти А