Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева (Самара, Россия)
О. С. Бондарева, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения, к.т.н., доцент, osbond@yandex.ru
М. Г. Гиорбелидзе, начальник отдела стандартизации, метрологии, технического контроля и качества; научный руководитель направления по нанесению специальных покрытий
А. Н. Асмолов, инженер кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении
А. А. Мельников, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения, к.т.н., доцент
В работе представлены результаты исследования влияния технологических параметров вакуумного ионно-плазменного осаждения электродуговым методом на структуру и механические свойства покрытий из нитрида титана (TiN), нанесенных на подложки из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Проведен систематический анализ совместного влияния двух ключевых факторов: величины напряжения на подложке (100, 170 и 250 В) и положения малоразмерных образцов на планетарном столе внутри вакуумной камеры при схеме осаждения с двумя работающими катодами: верхним и боковым, что позволило выявить их взаимосвязь с формируемыми характеристиками покрытий. С использованием комплекса взаимодополняющих методов: сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа, сферического шлифа, микроиндентирования и склерометрии проведена оценка микроструктуры, элементного состава, толщины, микротвердости и прочности сцепления сформированных покрытий. Установлено, что максимальная микротвердость, наибольшая толщина и повышенная прочность сцепления с подложкой достигаются при напряжении 250 В для образцов, ориентированных плоскостью вверх в центральной зоне вакуумной камеры. В этих условиях формируется наиболее плотная и однородная структура покрытия с минимальной пористостью. Показано, что при снижении напряжения до 100 В и расположении образцов в периферии вакуумной камеры наблюдается значительное ухудшение характеристик: снижение микротвердости покрытия на 60 % и уменьшение его толщины в 2–3 раза, что связано с разной энергией и плотностью плазменного потока в различных участках вакуумной камеры. Полученные результаты представляют практическую пользу для оптимизации промышленных процессов осаждения износостойких покрытий из нитрида титана на поверхность малогабаритных деталей из нержавеющей стали при схеме формирования покрытия с верхним и боковым работающими катодами.
1. Антипов В. В. и др. Исследование коррозионной стойкости ионноплазменных покрытий для защиты интерметаллидного титанового сплава // Труды ВИАМ. 2023. № 6 (124). С. 9. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-6-105-114
2. Кудряков О. В., Варавка В. Н. Технология получения вакуумных ионноплазменных износостойких покрытий // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024. № 8 (158). С. 31–40. DOI: 10.30987/2223-4608-2024-31-40
3. Feng W. (et al). Microhardness and toughness of the TiN coating prepared by reactive plasma spraying // Applied Surface Science. 2005. Vol. 243. № 1–4. pp. 204–213. DOI: 10.1016/j.apsusc.2004.09.064
4. Abadias G. St204–213 preferred orientation in nitride-based PVD coatings // Surface and Coatings Technology. 2008. Vol. 202. № 11. pp. 2223–2235. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2007.08.029
5. Бердибеков А. Т., Юров В. М., Доля А. В. Адгезионная прочность нитридтитановых покрытий на стали 20Х13 // Современные наукоемкие технологии. 2023. № 4. С. 28–33. DOI: 10.17513/snt.39576
6. Колесников В. И., Кудряков О. В., Варавка В. Н. и др. Влияние адгезионных свойств вакуумных ионно-плазменных покрытий TiAlN на износостойкость при трении // Трение и износ. 2021. Т. 42. № 5. С. 495–507. DOI: 10.32864/0202-4977-2021-42-5-495-507
7. Wang Y. H. (et al) Tailoring growth structure, wear and corrosion properties of TiN coatings via gradient bias and arc enhanced glow discharge // Surface and Coatings Technology. 2022. Vol. 450. P. 129015. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.129015
8. Betsofen S. Ya. (et al) Effect of the Ion-Plasma Process Parameters on the Texture and Properties of TiN and ZrN Coatings // Russ. Metall. 2021. Vol. 2021. № 10. pp. 1238–1244. DOI: 10.1134/S0036029521100037
9. Petrov L. M. (et al) Effect of reference accelerating voltage on formation of TiN structural coatings during vacuum ion-plasma treatment // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. Vol. 1713, № 1. P. 012033. DOI: 10.1088/1742-6596/1713/1/012033
10. Behrangi S. (et al) Industrial reactive sputter deposition of TiZrN coatings: The role of nitrogen partial pressure // Surface and Coatings Technology. 2025. Vol. 499. P. 131873. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2025.131873
11. Мантуров Д. С., Колесников И. В., Кудряков О. В. и др. Влияние базовых технологических факторов получения вакуумных ионно-плазменных покрытий TiN на их механические и трибологические характеристики // Трение и износ. 2023. Т. 44. № 4. С. 310–321. DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-4-310-321
12. Ghufran M. (et al) Development and tribo-mechanical properties of functional ternary nitride coatings: Applications-based comprehensive review // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2021. Vol. 235. № 1. pp. 196–232. DOI: 10.1177/1350650120933412
13. Григорьев С. Н., Шехтман С. Р., Перетягин П. Ю. Исследование гибридной технологии модифицирования поверхности на основе микродугового оксидирования и вакуумного ионно-плазменного напыления // Вестник МГТУ «Станкин». 2025. № 4 (75). С. 8–16. DOI: 10.47617/2072-3172_2025_4_8