Новые разработки в университетах Поволжья в области металлургии, металловедения и машиностроения
ArticleName
Влияние параметров осаждения вакуумного ионно-плазменного покрытия из нитрида титана на его структуру и свойства для подложек из стали 12Х18Н10Т
DOI
10.17580/chm.2026.09.10
ArticleAuthors
О. С. Бондарева, М. Г. Гиорбелидзе, А. Н. Асмолов, А. А. Мельников
ArticleAuthorsData

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

Abstract

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.

keywords
Вакуумный ионно-плазменный электродуговой метод, нитрид титана, прочность сцепления, микротвердость, толщина покрытия, структура покрытия, нержавеющая сталь
References

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

Language of full-text
russian
Full content

Back