Использование смеси газов (C₂H₂+N₂) для получения высокотвердых карбонитридных покрытий на основе молибдена

Abstract

Изучено влияние рабочего давления и соотношение компонент смеси газов (C2₂H₂+N₂) на элементный и фазовый составы, структуру и физико-механические характеристики формируемых вакуумно-дуговых покрытий на основе вольфрама. Показано, что для высокотемпературного применения, нитриды менее предпочтительны по сравнению с карбидами. В температурном интервале осаждения 400-550 °С в результате плазмо-химических реакций при составе газовой атмосферы 80% C2₂H₂+20% N₂ максимальное содержание атомов азота в покрытии не превышает 1,5 ат.%. Для состава 40% C2₂H₂+60% N₂ максимальное соотношение N/C (в ат.%) повышается до 10,5 % при максимальном давлении 3х10⁻³ Торр. Относительное содержание атомов азота увеличивается с повышением давления смеси. Плазменно-химические реакции при осаждении в смеси газов приводят к формированию фаз с нанометровым размером кристаллитов и фазовым составом на основе y-MoC (80% C₂H₂+20% N₂) и фаз y-MoC и y-Mo₂N (при меньшем содержании C₂H₂ (40% C₂H₂+60% N₂) в газовой смеси. Установлено, что определяющим фактором повышения твердости является рабочее давление смеси газов при осаждении. При наибольшем давлении 3х10⁻³ Торр, когда формируется текстура [100] нанокристаллитов карбида молибдена (y-MoC) достигается сверхтвердое состояние с твердостью 50,5 ГПа.

The effect of working pressure and the components correlation of the gas mixture (C2₂H₂+N₂) to the elemental and phase compositions, the structure and physical and mechanical characteristics of the vacuumarc coatings formed based on tungsten are studied. It is shown that for high-temperature application, nitrides are less preferable in comparison with carbides. In the temperature range of deposition 400-550 °С, the maximum content of nitrogen atoms in the coating does not exceed 1.5 at.% as a result of plasmachemical reactions with a gas atmosphere composition of 80% C₂H₂+20% N₂. For a composition of 40% C₂H₂+60% N₂, the maximum N/C ratio (in at.%) increases to 10.5% at a maximum pressure of 3х10⁻³ Torr. The relative content of nitrogen atoms increases with increasing pressure of the mixture. Plasma-chemical reactions during precipitation in a mixture of gases lead to the formation of phases with a nanometer-sized crystallite and a phase composition based on y-MoC (80% C₂H₂+20% N₂) and y-MoC and y-Mo₂N phases (with a smaller content of C₂H₂ (40% C₂H₂+60% N₂) in the gas mixture It is established that the determining factor for increasing the hardness is the working pressure of the gas mixture during deposition. With the greatest pressure of 3х10⁻³ Torr, when the texture of nanocrystallites of molybdenum carbide (y-MoC) is formed [100] an ultrahard state with a hardness of 50.5 GPa is achieved.