Структура, механические и коррозионные свойства покрытий на основе твердого раствора ZrN

Черенда Н.Н., Григорьев С.Н., Басалай А.В., Бибик Н.В., Верещака А.А., Изобелло А.Ю., Рева О.В., Русальский Д.П., Кулешов А.К., Углов В.В., Багаев С.И.

Abstract

УДК 67.017

Исследованы структура, элементный состав, механические и коррозионные свойства вакуумно-дуговых покрытий (Zr, Nb)N, (Zr, Hf)N и (Zr, Nb, Hf)N, нанесенных на титановый сплав Ti-6Al-4V. В качестве методов исследования использовались рентгеноструктурный анализ, сканирующая электронная микроскопия, измерение микротвердости, адгезионные и коррозионные испытания. Установлено, что покрытия представляли собой однофазные твердые растворы на основе ZrN. Наибольшее значение микротвердости (17 ГПа) наблюдалось для покрытия (Zr, Hf, Nb)N, а наименьшее значение (9 ГПа) – для покрытия (Zr, Nb)N. Покрытие (Zr, Hf)N обладало наибольшей критической силой Lc3 при адгезионных испытаниях. Сравнение с полученными ранее данными показало, что уменьшение концентрации ниобия в покрытии (Zr, Nb)N и увеличение концентрации гафния в покрытии (Zr, Hf)N приводят к росту критической силы Lc3. Коррозионные испытания, проведенные в 3% растворе NaCl в гальваностатическом режиме, показали, что покрытие (Zr, Nb)N сохраняет сплошность по всей поверхности сплава в отличие от покрытий, содержащих атомы Hf.

Ключевые слова: титановый сплав, медицинские имплантаты, нитридное покрытие, адгезия, микротвердость, коррозия.

The structure, elemental composition, mechanical and corrosion properties of (Zr, Nb)N, (Zr, Hf)N and (Zr, Nb, Hf)N vacuum-arc coatings deposited on the titanium alloy Ti-6Al-4V were studied. The X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, microhardness measurement, adhesion and corrosion tests were used as investigation techniques. It was found that the coatings were single-phase solid solutions based on ZrN. The highest microhardness value (17 GPa) was observed for the (Zr, Hf, Nb)N coating, and the lowest value (9 GPa) – for the (Zr, Nb)N coating. The (Zr, Hf)N coating also possessed the highest critical force Lc3 during scratch tests. Comparison with the data obtained earlier showed that a decrease of the Nb concentration in the (Zr, Nb)N coating and an increase of the Hf concentration in the (Zr, Hf)N coating led to the growth of the critical force Lc3. Corrosion tests carried out in a 3% NaCl solution in the galvanostatic mode showed that the (Zr, Nb)N coating maintained continuity over the entire surface of the alloy in contrast to the coatings containing Hf atoms.

Keywords: titanium alloy, biomedical implants, nitride coatings, adhesion, microhardness, corrosion.

Download full-text PDF. 42 downloads

Menu

Vol. 61 (2025), Issue 3, p. 12-23

Структура, механические и коррозионные свойства покрытий на основе твердого раствора ZrN

Abstract