Features of the Application of Coatings Based on the ZrN System to Increase Resistance to MechanicalWear and Corrosion of Titanium Alloy Products

Abstract

The coatings of ZrN, (Zr,Ti)N, (Ti,Zr,Hf)N and (Ti,Zr,Nb)N deposited on the titanium alloy substrate were compared. The wear resistance in the pin-on-disk test together with the Al2O3 indenter and the corrosion resistance in 3.5% NaCl solution were studied. It was found that the (Zr,Nb,Ti)N coating has the best resistance to wear, but has low corrosion resistance. The (Ti,Zr,Hf)N coating, on the contrary, has the best corrosion resistance, but low resistance to wear. The ZrN coating has good corrosion resistance combined with good resistance to wear. This coating is best suited for use in friction conditions with a ceramic counterbody under the influence of seawater. An important resource for increasing the properties of coatings is increasing their adhesion to the substrate, which can be achieved in two combined ways: (1) complete removal of the original oxide layer from the surface of the substrate and (2) the use of optimal compositions of the adhesive sublayer, which have not only high adhesive properties in relation to both the substrate and the coating, but also high strength. While the introduction of Nb into the ZrN coating composition increases wear resistance and the introduction of Hf increases corrosion resistance, the ZrN coating without additives best resists wear and corrosion simultaneously.

Сравнивались покрытия ZrN, (Zr,Ti)N, (Ti,Zr,Hf)N и (Ti,Zr,Nb)N, нанесенные на подложку из титанового сплава. Изучалась износостойкость в испытании «штифт-диск» совместно с индентором Al2O3 и коррозионная стойкость в 3,5% растворе NaCl. Установлено, что покрытие (Zr,Nb,Ti)N обладает наилучшей износостойкостью, но имеет низкую коррозионную стойкость. Покрытие (Ti,Zr,Hf)N, напротив, обладает наилучшей коррозионной стойкостью, но низкой стойкостью к износу. Покрытие ZrN обладает хорошей коррозионной стойкостью в сочетании с хорошей износостойкостью. Это покрытие лучше всего подходит для использования в условиях трения с керамическим контртелом под воздействием морской воды. Важным ресурсом повышения свойств покрытий является повышение их адгезии к подложке, что можно достичь двумя комбинированными способами: (1) полным удалением исходного оксидного слоя с поверхности подложки и (2) использованием оптимальных составов адгезионного подслоя, обладающих не только высокими адгезионными свойствами по отношению как к подложке, так и к покрытию, но и высокой прочностью. В то время как введение Nb в состав покрытия ZrN повышает износостойкость, а введение Hf повышает коррозионную стойкость, лучше всего противостоит износу и коррозии одновременно покрытие ZrN без добавок.