Исследование механических и микрогеометрических характеристик покрытия TiN на подложке из стали 40Х, нанесенного методом ионно-плазменного напыления

Проведено исследование покрытия из нитрида титана (TiN), нанесенного методом ионно-плазменного напыления на подготовленную поверхность образца стали 40Х. Для измерения толщины покрытия часть поверхности закрывалась маской из медной фольги. Свойства и характерные особенности микрорельефа поверхности образца до и после нанесения покрытия исследовались с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Описана и применена методика определения толщины покрытия с высокой точностью на основе результатов АСМ сканирования переходной между подложкой и покрытием зоны на поверхности образца. Вычисленная неопределенность измеренного значения толщины значительно меньше, чем при использовании других методов. Методом инструментального индентирования измерены механические свойства покрытия; показана важность точного определения толщины для корректного измерения характеристик покрытия методом индентирования.

шероховатость, твердость, модуль Юнга, измерение толщины покрытия, инструментальное индентирование, сканирующая зондовая микроскопия, roughness, hardness, Young’s modulus, coating thickness measurement, instrumented indentation, scanning probe microscopy

1. Zhang, S. TiN coating of tool steels: a review / S. Zhang, W. Zhu // Journal of Materials Processing Technology. - 1993. - Vol. 39. - P. 165-177.

2. Кудряков, О. В. Комплексная индент-диагностика металлокерамических нанокомпозиционных покрытий / О. В. Кудряков, В. Н. Варавка // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2014. - Т. 80, № 11. - С. 48-53.

3. Наноструктурные и нанокомпозитные сверхтвердые покрытия / А. Д. Коротаев [и др.] // Физическая мезомеханика. - 2005. - Т. 8, № 5. - С. 103-116.

4. Hainsworth, S. V. The effect of the substrate on the mechanical properties of TiN coatings / S. V. Hainsworth, W.C. Soh // Surface and Coatings Technology. - 2003. - Vol. 163-164. - P. 515-520.

5. Titanium nitride/vanadium nitride alloy coatings: mechanical properties and adhesion characteristics / B. A. Latella [et al.] // Surface and Coatings Technology. - 2006. - Vol. 200. - P. 3605- 3611.

6. Влияние давления азота при осаждении сверхтвердых TiN покрытий на их свойства / А. А. Андреев [и др.] // Физическая инженерия поверхности. - 2007. - Т. 5, № 3-4. - С. 203-206.

7. Состояние методов и средств контроля толщины покрытий (обзор) / С. Н. Глоба [и др.] // Вестник НТУ «ХПИ». - 2014. - № 19 (1062). - С. 84-112.

8. Non-destructive evaluation of coating thickness using guided waves / P.-C. Ostiguy [et al.] // NDT & E International. - 2015. - Vol. 76. - P. 17-25.

9. Nečas, D. Gwyddion: an open-source software for SPM data analysis / D. Nečas, P. Klapetek // Cent. Eur. J. Phys. - 2012. - Vol. 10, iss. 1. - P. 181-188.

10. Головин, Ю. И. Наноиндентирование как средство комплексной оценки физико-механических свойств материалов в субмикрообъемах (обзор) / Ю. И. Головин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2009. - Т. 75, № 1. - С. 45-59.

11. Bull, S. J. New developments in the modelling of the hardness and scratch adhesion of thin films / S. J. Bull, D. S. Rickerby // Surface and Coatings Technology.- 1990. - Vol. 42. - P. 149-164.

12. Oliver, W. C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W. C. Oliver, G. M. Pharr // Journal of Materials Research.- 1992. - Vol. 7, iss. 6. - P. 1564-1583.

13. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний: ГОСТ Р 8.748 - 2011 (ИСО 14577-1:2002) / Государственная система обеспечения единства измерений. - Москва : Стандартинформ, 2013. - 24 с.