Investigation of the Adhesion Properties of Ti, TiN and (Ti, Cr, Al)N Layers Successively Deposited on the WC92–Co8 Hard Alloy Surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The energy of a three-layer coating on the surface of a hard alloy based on tungsten carbide WC92–Co8 (technical name VK8) has been studied using computer simulation methods of density functional theory and pseudopotentials. The first layer is titanium; the second layer is titanium nitride; the third layer is a composite nitride (Ti, Cr, Al)N. The dependence of the energy of adhesion of titanium to the WC and Co surfaces on the thickness of the deposited titanium layer (from one to three atomic layers) has been studied. The adhesion energy of titanium nitride to the pre-deposited titanium layer is calculated. For four variants of the structure of the compound (Ti, Cr, Al)N, the adhesion energy of this compound to the TiN surface was calculated.

About the authors

Boris Ya. Mokritski

Komsomolsk-on-Amur State University

Author for correspondence.
Email: boris@knastu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4727-9873

Doctor of Engineering, Associate Professor; chief researcher at the Komsomolsk-on-Amur State University

Russian Federation, Komsomolsk-on-Amur

Victor G. Zavodinsky

Khabarovsk branch at Institute of Applied Mathematics of the Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vzavod@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0958-6282

Doctor of Physics and Mathematics, Professor; leader-researcher at the Khabarovsk branch at Institute of Applied Mathematics of the Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Khabarovsk

Olga A. Gorkusha

Khabarovsk branch at Institute of Applied Mathematics of the Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

Email: o_garok@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-8431-5004

Candidate of Physics and Mathematics; senior researcher at the Khabarovsk branch at Institute of Applied Mathematics of the Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Khabarovsk

References

  1. Grigoriev S.N., Tabakov V.P., Volosova M.A. Technological methods for increasing the wear resistance of the contact pads of the cutting tool. Stary Oskol: TNT, 2011. 380 p.
  2. Naryzhny A.G., Kutsenko Yu.M., Grom M,V., Stepanenko D.R. Thermomechanical model of the cutting process with a cutter with a wear-resistant coating. Aviatsiono-kosmicheskaya technica i technologii. 2014. No. 35 (112). Pp. 4–10 (In Rus.)
  3. Vereschaka A.A., Vereschaka A.S., Sedykh V.I. Cutting tools with modifying wear-resistant complexes. Moscow: Stankin, 2014. 195 p.
  4. Mokritski B.Y., Burkov A.A. The concept of developing an arsenal of science-intensive technological processes for the manufacture of metal-cutting tools. Naukoemkie teknologii v mashinostroenii. 2011. No. 4. Pp. 20–26. (In Rus.)
  5. Zimon A.D. Adhesion of films and coatings. Moscow: Khimiya, 1977. 352 p.
  6. Topolyanski P.A. Investigation of the adhesion properties and the formation mechanism of the coating applied by the finishing plasma hardening method. Part 2. St. Petersburg: SpbSPU, 2005. Pp. 316–333.
  7. Hohenberg H., Kohn W. Homogentous electron gas. Phys. Rev. 1964. No. 136. Pp. B864–871.
  8. Kohn W., Sham J.L. Self-consistent equations including exchange and correlation effects. Phys. Rev. 1965. No. 140. Pp. A1133–A1138.
  9. Perdew J.P., Wang Y. Accurate and simple density functional for the electronic exchange energy. Phys. Rev. B. 1986. No. 33. Pp. 8800–8802.
  10. Cohen M.L., Heine V. In: Solid state physics. H. Ehrenreich, F. Seitz, D. Turnbull (eds.). New York: Academic Pres, 1970. Pp. 24, 38–249.
  11. Beckstedte M., Kley A., Neugebauer J., Scheffler M. Density functional theory calculations for poly-atomic systems: Electronic structure, static and elastic properties and ab initio molecular dynamic. Comput. Phys. Commun. 1997. No. 107. Pp. 187–205.
  12. Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density functional theory. Comput. Phys. Commun. 1999. No. 119. Pp. 67–165.
  13. Yamamoto K., Sato T., Takahara K., Hanaguri K. Properties of (Ti, Cr, Al)N coatings with high Al content deposited by new plasma enhanced arc-cathode. Surface and Coatings Technology. 2003. No. 174–175. Pp. 620–626.
  14. Bing Yang, Li Chen, Ke K. Chang et al. Thermal and thermo-mechanical properties of Ti–Al–N and Cr–Al–N coatings. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2012. No. 35. Pp. 235–240.
  15. Grigoriev S., Vereschaka A., Milovich F. et al. Investigation of the properties of Ti–TiN–(Ti, Cr, Mo, Al)N multilayered composite coating with wear-resistant layer of nanolayer structure. Coatings. 2020. No. 10. P. 1236. doi: 10.3390/coatings10121236
  16. Blinkov I.V., Tsareva S.G., Zentseva A.V. et al. Structure and phase formation of nanostructural ion-plasma Ti–Cr–Al–N coatings on a hard-alloy cutting tool. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2010. Vol. 51. No. 6. Pp. 483–489.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Scheme of a three-layer coating on a hard alloy: A is the first buffer layer; B is the second buffer layer; C is the main working layer

Download (10KB)
3. Fig. 2. General arrangement of titanium layers on the WC(100) surface; 1, 2, 3 are numbers of monolayers

Download (26KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».