Структурные превращения на поверхности катодов, модифицированных вакуумной дугой

Двухкомпонентные катоды титан-алюминий широко применяются для нанесения износостойких покрытий на металлообрабатывающий инструмент. Покрытия формируются на подложке осаждением из плазмы, генерируемой вакуумно-дуговым испарением катодов в среде реакционных газов, чаще всего азота.

Срок службы покрытий зависит от шероховатости поверхности покрытий. Шероховатость формируется каплями расплава, которые выбрасываются из кратеров вакуумной дуги и кристаллизуются на поверхности катодов. Содержание капель в плазменных струях и соответственно, их количество на поверхности осаждаемого покрытия зависит от структуры и фазового состава поверхностного слоя катодов, модифицированного дуговым нагревом.

Сотрудники Института физики прочности и материаловедения СО РАН исследовали структурные превращения в поверхностном слое катодов, имеющих одинаковый элементный состав (Ti + 50 ат.% Al), но различающихся фазовым составом (механическая смесь порошков титана и алюминия или алюминиды титана), размером использованных для прессования порошков и пористостью материала катодов.

Изображения в отражённых электронах модифицированного поверхностного слоя

На основе результатов рентгеноструктурных исследований, микрорентено-спектрального анализа и сканирующей электронной микроскопии модифицированного слоя установлено, что на поверхности литого катода (г) происходит растрескивание, а на поверхности спеченного катода (а) - проплавление на большую глубину.  С точки зрения качества осаждаемых покрытий можно рекомендовать для практического использования катоды, спрессованные из смеси мелких порошков, на поверхности которых при нагреве вакуумной дугой формируется стационарный модифицированный слой постоянной толщины (б).

Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологий изготовления катодов для нанесения качественных износостойких покрытий на металлообрабатывающий инструмент методом вакуумно-дугового испарения.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2021-0005. Результаты опубликованы в журнале Coating.

Источник: ИФПМ СО РАН.