Structure and mechanical properties of nanocomposite coatings deposited by PVD process onto tool steel substrates

This paper presents the research results on the structure and mechanical properties of nanocomposite coatings deposited by PVD process onto the tool steel substrates. The tests were carried out on TiAlSiN, CrAlSiN and AlTiCrN coatings. It was found that the structure of the PVD coatings consisted of fine crystallites, while their average size fitted within the range of 15÷30 nm, depending on the coating type. The coatings demonstrated columnar structure and dense cross-section morphology as well as good adherence to the substrate, the latter not only being the effect of adhesion but also by the transition zone between the coating and the substrate, developed as a result of diffusion and high-energy ion action that caused mixing of the elements in the interface zone. The critical load LC2 lies within the range of 46÷54 N, depending on the coating and substrate type. The coatings demonstrate a high hardness (~40 GPa) and corrosion resistance. The good properties of the PVD nanocomposite coatings make them suitable in various engineering and industrial applications.

---

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i własności mechanicznych nanokompozytowych powłok naniesionych w procesie PVD na podłoże ze stali narzędziowych. Badania wykonano na powłokach TiAlSiN, CrAlSiN i AlTiCrN. Stwierdzono, że struktura powłok PVD złożona jest z drobnych krystalitów, a ich średnia wielkość zawiera się w przedziale 15÷30 nm w zależności od rodzaju powłoki. Badane powłoki wykazują strukturę kolumnową oraz strukturę o zagęszczonych krystalitach, jak również dobrą przyczepność do podłoża, o której decyduje nie tylko adhezja, lecz również warstwa przejściowa pomiędzy powłoką a podłożem powstała w wyniku dyfuzji i na skutek działania jonów o dużej energii, powodujących przemieszanie się pierwiastków w strefie połączenia. Obciążenie krytyczne LC2 zawarte jest w przedziale 46÷54 N, w zależności od powłoki i materiału podłoża. Badane powłoki wykazują wysoką twardość (~40 GPa) i odporność korozyjną. Dobre własności nanokompozytowych powłok PVD powodują, że warstwy te są odpowiednie do różnych technicznych i przemysłowych zastosowań.