ارزيابي كيفي خواص مكانيكي پوشش نانوساختار TiAlN اعمال شده بر روي ابزارهاي برش با استفاده از تحليل نتايج XRD

Qualitative evaluation of mechanical properties of nanostructured TiAlNcoatings deposited on cutting tools by analysisof XRD results

هدف از اين مقاله، ارزيابي كيفي خواص مكانيكي پوشش نانوساختار سخت نيتريد آلومينيوم-تيتانيوم اعمال شده بر روي ابزارهاي برش با استفاده از آزمون پراش پرتو ايكس مي‌باشد. براي اين منظور پوشش هاي نانوساختارTiAlN و TiNبا استفاده از روش هاي رسوب گذاري شيميايي از فاز بخار به كمك پلاسما و كندوپاش مغناطيسي با توان برانگيختگي بالا به صورت جداگانه لايه نشاني شدند. براي بهبود چسبندگي پوشش نانوساختار TiAlN به زيرلايه فولادي به مدت يك ساعت با استفاده از پوشش ميان لايه نيتريد تيتانيوم لايه ‌نشاني شدند. براي مقايسه نتايج بدست آمده با مقادير واقعي از دستگاه هاي نانودندانه گذاري، ريزسختي سنجي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميدان استفاده شد. نتايج دلالت دارد كه استفاده از آزمون پراش پرتو ايكس و تحليل پيك هاي بدست آمده از اين روش، مي تواند به خوبي خواص مكانيكي پوشش ها را به طور كيفي مورد ارزيابي قرار گيرد. براي اثبات ارتباط ميان خواص مكانيكي با اطلاعات مستخرج از نمودارهاي پراش پرتو ايكس، از عوامل مختلفي چون پارامتر شبكه، ميكروكرنش و تنش پسماند، ضريب بافت بلوري، چگالي نابجايي ها و اندازه دانه بلوري بهره گرفته شد. در نتيجه اين روش مي تواند به عنوان روش غيرمخرب، سريع و ارزان، براي مقايسه و ارزيابي كيفي خواص مكانيكي مواد لايه نازك مورد استفاده عملي قرار گيرد.

The purpose of this paper is a qualitative evaluation of the mechanical properties of nanostructured titanium aluminum nitride (TiAlN) hard coatings applied on cutting tools using X-ray diffraction (XRD). Deposition of nanostructured TiAlN and TiN coatings were carried out by a pulse DC plasma-assisted vapor deposition (DC-PACVD) and a high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) machines. At first, for enhancement the adhesion of nanostructuredTiAlNcoatingon thesteelsubstrate, TiN inter-layer was deposited for the all samples.Nano-indentation, micro-hardness tester, and field emission scanning electron microscope (FE-SEM) were used in order to measured and compare the qualitative results with the real and experimental values.The results indicate that XRD pattern and their analysis can be a suitable qualitative method to evaluate the mechanical properties of the coatings.The lattice parameter, micro-strain, residual stress, texture coefficient, the crystal grain size and density of dislocation are used to demonstrate the relationship between the mechanical properties of the coatings and the XRD patterns. As a result, this method can be used as non-destructive and inexpensive method for quantitative comparison and evaluation of mechanical properties of thin film materials.