Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів
Проведено фізико-механічні та рентгенофазові дослідження вакуумно-дугових нітридних покриттів, отриманих на основі високоентропійних сплавів Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-Nb-Hf-V-Ta. Досліджена термостабільність покриттів. Виявлено вплив іонного опромінення на фізико-механічні характеристики вакуумно-дугових...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Физическая инженерия поверхности |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108646 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів / І.В. Сердюк, А.О. Андреєв, В.Ф. Горбань, О.В. Соболь, В.О. Столбовий // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 77-83. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-108646 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1086462016-11-13T03:02:49Z Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів Сердюк, І.В. Андреєв, А.О. Горбань, В.Ф. Соболь, О.В. Столбовий, В.О. Проведено фізико-механічні та рентгенофазові дослідження вакуумно-дугових нітридних покриттів, отриманих на основі високоентропійних сплавів Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-Nb-Hf-V-Ta. Досліджена термостабільність покриттів. Виявлено вплив іонного опромінення на фізико-механічні характеристики вакуумно-дугових покриттів. Проведены физико-механические и рентгенофазовые исследования вакуумно-дуговых нитридных покрытий, полученных на основе высокоэнтропийных сплавов Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-Nb-Hf-V-Ta. Исследована термостабильность покрытий. Обнаружено влияние ионного облучения на физико-механические характеристики вакуумно-дуговых покрытий. Physico-mechanical and X-ray investigations vacuum arc nitride coatings derived high-entropy alloys Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-Nb-Hf-V-Ta carried out. The thermal stability of the coatings investigated. The influence of ion irradiation on physical and mechanical characteristics of vacuum-arc coatings defined. 2015 Article Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів / І.В. Сердюк, А.О. Андреєв, В.Ф. Горбань, О.В. Соболь, В.О. Столбовий // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 77-83. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108646 621.793: 539.61: 669.018 uk Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Проведено фізико-механічні та рентгенофазові дослідження вакуумно-дугових нітридних покриттів, отриманих на основі високоентропійних сплавів Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-Nb-Hf-V-Ta. Досліджена термостабільність покриттів. Виявлено вплив іонного опромінення на фізико-механічні характеристики вакуумно-дугових покриттів. |
| format |
Article |
| author |
Сердюк, І.В. Андреєв, А.О. Горбань, В.Ф. Соболь, О.В. Столбовий, В.О. |
| spellingShingle |
Сердюк, І.В. Андреєв, А.О. Горбань, В.Ф. Соболь, О.В. Столбовий, В.О. Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів Физическая инженерия поверхности |
| author_facet |
Сердюк, І.В. Андреєв, А.О. Горбань, В.Ф. Соболь, О.В. Столбовий, В.О. |
| author_sort |
Сердюк, І.В. |
| title |
Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів |
| title_short |
Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів |
| title_full |
Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів |
| title_fullStr |
Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів |
| title_full_unstemmed |
Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів |
| title_sort |
дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів |
| publisher |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108646 |
| citation_txt |
Дослідження властивостей вакуумнодугових нітридних покриттів на основі високоентропійних сплавів / І.В. Сердюк, А.О. Андреєв, В.Ф. Горбань, О.В. Соболь, В.О. Столбовий // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 77-83. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| series |
Физическая инженерия поверхности |
| work_keys_str_mv |
AT serdûkív doslídžennâvlastivostejvakuumnodugovihnítridnihpokrittívnaosnovívisokoentropíjnihsplavív AT andreêvao doslídžennâvlastivostejvakuumnodugovihnítridnihpokrittívnaosnovívisokoentropíjnihsplavív AT gorbanʹvf doslídžennâvlastivostejvakuumnodugovihnítridnihpokrittívnaosnovívisokoentropíjnihsplavív AT sobolʹov doslídžennâvlastivostejvakuumnodugovihnítridnihpokrittívnaosnovívisokoentropíjnihsplavív AT stolbovijvo doslídžennâvlastivostejvakuumnodugovihnítridnihpokrittívnaosnovívisokoentropíjnihsplavív |
| first_indexed |
2025-07-07T21:52:15Z |
| last_indexed |
2025-07-07T21:52:15Z |
| _version_ |
1837026652533555200 |
| fulltext |
Сердюк І. В., Андреєв А. О., Горбань В. Ф., Соболь О. В., Столбовий В. О., 2015 © 77
УДК 621.793: 539.61: 669.018
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ
ВАКУУМНО-ДУГОВИХ НІТРИДНИХ ПОКРИТТІВ
НА ОСНОВІ ВИСОКОЕНТРОПІЙНИХ СПЛАВІВ
І. В. Сердюк3, А. О. Андреєв3, В. Ф. Горбань1, О. В. Соболь2, В. О. Столбовий3
1Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины,
г. Киев, Украина,
2Национальный технический университет «ХПИ»,
г. Харьков, Украина,
3Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
г. Харьков, Украина
Надійшла до редакції 24.03.2015
Проведено фізико-механічні та рентгенофазові дослідження вакуумно-дугових нітридних
покриттів, отриманих на основі високоентропійних сплавів Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-Nb-Hf-V-Ta.
Досліджена термостабільність покриттів. Виявлено вплив іонного опромінення на фізико-
механічні характеристики вакуумно-дугових покриттів.
Ключові слова: нітридне покриття, високоентропійний сплав, вакуумно-дугові покриття.
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ
ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ НИТРИДНЫХ ПОКРЫТИЙ
НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ
И. В. Сердюк, А. А. Андреев, В. Ф. Горбань, О. В. Соболь, В. А. Столбовой
Проведены физико-механические и рентгенофазовые исследования вакуумно-дуговых нит-
ридных покрытий, полученных на основе высокоэнтропийных сплавов Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-
Nb-Hf-V-Ta. Исследована термостабильность покрытий. Обнаружено влияние ионного облу-
чения на физико-механические характеристики вакуумно-дуговых покрытий.
Ключевые слова: нитридные покрытия, высокоэнтропийный сплав, вакуумно-дуговые по-
крытия.
INVESTIGATION OF VACUUM
ARC NITRIDE COATINGS BASED ON HIGH-ENTROPY ALLOYS
I. V. Serdyuk, A. A. Andreev, V. F. Gorban’, O. V. Sobol’, V. A. Stolbovoy
Physico-mechanical and X-ray investigations vacuum arc nitride coatings derived high-entropy alloys
Ti-Zr-Nb-Hf-V, Ti-Zr-Nb-Hf-V-Ta carried out. The thermal stability of the coatings investigated.
The influence of ion irradiation on physical and mechanical characteristics of vacuum-arc coatings
defined.
Keywords: nitride coatings, high-entropy alloys, vacuum-arc coatings.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее десятилетие широко изучается
новый класс материалов — высокоэнтропий-
ные сплавы, которые обладают повышенной
прочностью в сочетании с хорошей стойко-
стью к окислению и коррозии [1–4]. Создание
вакуумно-дуговых покрытий на их основе
вызывает большой интерес у ис сле дователей.
Целью данной работы является исследо-
вание свойств вакуумно-дуговых нитридных
покрытий, созданных на базе высокоэнтро-
пийных сплавов Ti-Zr-Nb-Hf-V и Ti-Zr-Nb-
Hf-V-Ta.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Катоды для вакуумно-дугового нанесения по-
крытий изготавливали из высокоэнтропий-
ных сплавов (ВЕС) Ti-Zr-Nb-Hf-V (Ti —
25 вес. %, Zr — 25 вес. %, Nb — 25 вес. %,
Hf — 15 вес. %, V— 10 вес. %) и Ti-Zr-Nb-Hf-
V-Ta (Ti — 20 вес. %, Zr — 20 вес. %, Nb — 20
вес. %, Hf — 15 вес. %, V — 15 вес. %, Ta —
10 вес. %) методом вакуумно-дуговой плавки
в атмосфере высокочистого аргона [5]. В ка-
честве подложки использовались полирован-
ные пластинки размерами 20 × 20 × 3 мм из
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВАКУУМНО-ДУГОВИХ НІТРИДНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ВИСОКОЕНТРОПІЙНИХ СПЛАВІВ
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 178
нержавеющей стали 12Х18Н9Т. После отка-
чивания вакуумной камеры до да вления 0,001
Па производили очистку и ак тивацию поверх-
ности подложки бомбарди ровкой ионами ме-
таллов, содержащих ся в ис паряемом сплаве в
течение 3–4 мин. За тем производили осажде-
ние покрытий при подаче на подложки посто-
янного от ри цательного потенциала 50–200 В
при то ке дуги 85 А в диапазоне давления азо-
та 0,05–0,66 Па. Скорость осаждения состав-
ляла около 5,3 мкм/ч. Рентгенографические
исследования проводились в монохромати-
ческом Cu Kα-излучении на дифрактометре
ДРОН-УМ1. Электронно-микроскопичес кие
исследования проводились с помощью ми-
кроскопа JEM-2100F с разрешающей спо-
собностью порядка 0,1 нм. Исследование фи-
зико-механических характеристик по кры тий
проводили методом микроиндентирования
на установке «Микрон-гамма» при нагрузке
до F = 0,5 Н алмазной пирамидой Берковича
с углом заточки 65°, с автоматически выпол-
няемыми нагружением и разгружением на
протяжении 30 с [6].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Физико-механические
и рентгенофазовые исследования
В случае осаждения покрытий в присутствии
азотной атмосферы при да влении 0,04 Пa
происходит формирование однофазного по-
ликристаллического нетекстурированного
со стояния с ГЦК (рис. 1, спектр 1). Разме-
ры кристаллитов изменяются от 5,5 нм при
Uп = –100 В до 7 нм при Uп = –200 В. По-
вышение давления до 0,11 Пa приводит
к формированию текстурированных од-
нофазных ГЦК-покрытий. При Uп = –50 В
и –100 В происходит переход от частично
текстурированного состояния с осью [111],
перпендикулярной плоскости роста, к прак-
тически полному одноосному текстури-
рованному состоянию с осью [111]. При
Uп = –200 В формируется битекстурное со-
стояние с осями [111] и [110], перпендику-
лярными плоскости роста (рис. 1, спектр 2).
Размер кристаллитов с увеличением Uп из-
меняется от 8,5 нм до 11 нм. Твердость по-
крытий, полученных при этом давления до-
статочно высока и составляет 40–50 ГПa [5].
При этом появление текстуры [111] и рост
ее совершенства, соответственно при Uп =
–50 В и Uп = –100 В (рис. 2, спектр 2 и 3),
приводит к увеличению твердости покрытия
от 59 ГПa до 64 ГПa, а появление биакси-
альной текстуры с осями [ 111] и [110] при
Uп = –200 В до наиболее высокой твердости
70 ГПa (рис. 2, спектр 4).
Размер кристаллитов в этом случае со-
ставляет 14 нм. При давлении 0,66 Пa,
при котором соотношение атомов азота и ме-
таллических атомов в нитридном покрытии
не ниже эквиатомного, для всех значений Uп
происходит формирование только текстуры
Рис. 1. Участки дифракционных спектров нитрид-
ных покрытий из высокоэнтропийного сплава Tі-Zr-
Nb-V-Hf, полученных при Uп = –200 В и давлении
азотной атмосферы (PN, Пa): 1 — 0,04; 2 — 0,11;
3 — 0,27; 4 — 0,66
Рис. 2. Участки дифракционных спектров вакуум-
но-дуговых покрытий из высокоэнтропийного спла-
ва Tі-Zr-Nb-V-Hf, полученных: 1 — при отсутствии
азотной атмосферы (Н = 8,2 ГПа) и при PN = 0,27 Пa
и Uп : 2 — –50 В (Н = 59 ГПa), 3 — –100 В (Н =
64 ГПa), 4 — –200 В (Н = 70 ГПa)
28000
26000
24000
22000
20000
18000
16000
I,
ус
л.
е
д
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
30 40 50 60 70 80
1
2
3
4
2θ, град.
(2
22
) Г
Ц
К
(3
11
) Г
Ц
К
(2
20
) Г
Ц
К
(2
00
) Г
Ц
К(1
11
) Г
Ц
К
20000
15000
I,
ус
л.
е
д.
10000
5000
0
30
(1
11
) F
C
C
(1
10
) B
C
C
(2
00
) F
C
C
(2
20
) F
C
C
(3
11
) F
C
C
(2
22
) F
C
C
(2
20
) B
C
C
40
2θ, град.
50 60 70 80
1
2
3
4
І. В. СЕРДЮК, А. О. АНДРЕЄВ, В. Ф. ГОРБАНЬ, О. В. СОБОЛЬ, В. О. СТОЛБОВИЙ
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 79
[111] (рис. 1, спектр 4), размер кристаллитов
составляет 8–9 нм, а твердость таких покры-
тий не превышает 57 ГПa.
Исследование характеристик
термостабильности вакуумно-дуговых
покрытий
Проведенный рентгенофазовый анализ ва-
куумно-дуговых покрытий из высокоэнтро-
пийного сплава TiZrNbHfV, полученных на-
несением в вакууме без азота, показал, что
для них характерен ОЦК твердый раст вор
с па раметром решетки 0,3264 нм и силь-
ной текстурой с осью [110], па рал лельной
направлению падения пленкообразующих
частиц (табл. 1). В случае формирования
покрытия в при сутствии азота фиксируется
высокоэнтропийный однофазный твердый
раствор c кубической ГЦК-решеткой типа
NaCl с параметром а = 0,4462 нм. (табл. 1)
[7].
Как показали результаты автоматического
индентирования, вакуумно-дуговые покры-
тия, полученные в среде азота при давлении
от 0,27 до 0,66 Пa, обладали сверхвысокими
значениями твердости порядка 57–66 ГПа
и модуля упругости 580–660 ГПа. Исследо-
вания структуры методом высокого разре-
шения показали, что внутренняя структура
зерен состоит из нанозерен малых размеров,
представленных на рис. 3–5.
Размер таких нанозерен достаточно мал
и со ставляет от 2 до 5 нм, что, в свою очередь,
объясняет высокие характеристики твер дости
нитридных вакуумно-дуговых по крытий из
ВЕС. Анализ химического состава нитрид-
ного покрытия TiZrNbHfVTaN с пятном
зонда 0,5 нм указывает на то, что каждое
нанозерно существенно отличается по со-
ставу. Так, анализ в десяти точках, взятых
на общем расстоянии в 60 нм с шагом
в 6 нм, показал, что содержание титана
колеблется от 18,64 до 27,07, циркония —
от 14,92 до 23,82, ниобия — от 33,60 до
43,82, гафния — от 1,75 до 3,7 а тантала
от 17,48 до 28,66 ат. %. Такие существенные
колебания в химическом составе не могут
не отразится на искажениях кристалличе-
ской решетки и их сопряжений друг с дру-
гом.
Отжиг вакуумно-дуговых TiVZrNbHfN
покрытий в вакууме при температуре
1000 °С в течение одного часа и 1100 °С
в течение десяти часов не изменяет их фазо-
вое состояние (табл. 2). Покрытие остается
однофазным с кубической ГЦК-решеткой.
Однако необходимо отметить, что период
решетки образца после отжига при тем-
пературе 1000 °С снижается до значения
а = 0,4406 нм, что может быть связано
со снижением внутренних напряжений.
Дальнейший отжиг этого образца при тем-
пературе 1100 °С на протяжении 10 ч прак-
тически не вызывает существенного из-
менения периода решетки (а = 0,4408 нм)
Таблица 1
Характеристики высокоэнтропийного сплава в зависимости от состояния
Состояние Тип решетки Параметр
решетки, нм НІТ, ГПа Е, ГПа Н/Еr
Исходное ОЦК 0,3389 4,2 90 0,047
Покрытие без азота ОЦК 0,3264 8,1 106 0,077
Нитридное покрытие ГЦК-кубическая 0,4462 66,0 660 0,138
а 2 нм
Рис. 3. Микрофотография участка зерна нитридного
покрытия, полученного из высокоэнтропийного
сплава Ti-V-Zr-Nb-Hf
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВАКУУМНО-ДУГОВИХ НІТРИДНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ВИСОКОЕНТРОПІЙНИХ СПЛАВІВ
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 180
и коэффициента текстуры (τ = 0,25). Эти дан-
ные указывают на стабилизацию решетки
нитридного покрытия уже после отжига
при температуре 1000 °С на протяжении 1ч.
Отжиг при температуре 1000°С незначи-
тельно повлиял на физико-механические ха-
рактеристики покрытий (табл. 3).
Твердость и модуль упругости оста-
лись на уровне исходного состояния с
учетом того, что средние отклонения при
измерении твердости и модуля упругости
могут достигать ± 2 % [7].
Отжиг нитридных вакуумно-дуговых по-
крытий при температуре 1100 °С в течение
10 часов снизил их твердость с 66 до 44 ГПа.
Это происходит из-за роста размеров нано-
зерен. Размер зерна нитридного покрытия,
полученного из сплава Ti-V-Zr-Nb-Hf, после
отжига при 1100° С в течение 3 ч увеличился
до 10–20 мкм (рис. 4, 5).
Таблица 2
Характеристики вакуумно-дугового нитридного покрытия TiVZrNbHfN
в исходном и оттоженном состояниях
№ эксперимента Температура
и время отжига Структура Период решетки
а, нм
Коэффициент
текстуры t
1 – ГЦК 0,4462 0,21
2 1000°С, 1 ч ГЦК 0,4406 0,27
3 1100 °С, 10 ч ГЦК 0,4408 0,25
Таблица 3
Влияние температуры отжига на физико-механические характеристики
вакуумно-дуговых покрытий, полученных из ВЕС Ti-V-Zr-Nb-Hf
Режимы
осаждения
покрытий
Исходное состояние 1000 °С — 1 ч 1100 °С — 10 ч
Н, ГПа Е, ГПа Н/Еr Н, ГПа Е, ГПа Н/Еr Н, ГПа Е,
ГПа Н/Еr
Без азота 8,1 106 0,08 9,2 120 0,076 – – –
Азот
(Р = 0,66 Па) 64,0 675 0,148 66,0 679 0,149 44,0 600 0,121
Азот
(Р = 0,27 Па) 57,0 575 0,139 50,0 530 0,132 40,0 520 0,114
20 мкм
Рис. 4. Структура нитридного покрытия, полученного
из высокоэнтропийного сплава Ti-V-Zr-Nb-Hf после
отжига 1100° С (3 ч)
20 нм
Рис. 5. Микрофотография участка зерна нитридного
покрытия, полученного из сплава Ti-V-Zr-Nb-Hf по-
сле отжига 1100° С (3 ч)
І. В. СЕРДЮК, А. О. АНДРЕЄВ, В. Ф. ГОРБАНЬ, О. В. СОБОЛЬ, В. О. СТОЛБОВИЙ
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 81
При этом характеристики отношения
Н/Еr остались достаточно высокими, что
характерно для наноструктурного состояния
нитридов.
Изучение влияния облучения на
характеристики покрытий
Облучение таких нитридных покрытий как
TiN, MoN дозой 1 × 1016 ион/см2 снижает
твердость покрытий на 5–8 ГПа, а модуль
упругости падает на 30–40 ГПа [8]. Этим
обусловлен интерес к исследованиям физи-
ко-механических свойств нитридных покры-
тий на основе ВЕС, подверженных ионному
облучению. В качестве материалов для ис-
следования были выбраны такие покрытия:
нитрид высокоэнтропийного сплава Ti-Zr-
V-Hf-Nb-Ta и для сравнения нитрид титана
с высокой энергией ковалентной связи и ни-
трид молибдена со средней энергией связи
(табл. 4). Покрытия подвергались облучению
ионами Ar с дозой 1016 ион/см2 с энергиями 1
МэВ и 1,8 МэВ (табл. 5). В исходном состо-
янии в покрытиях формировалась фаза с ку-
бической решеткой структурного типа NaCl,
характерного для нитрида титана, где также
с увеличением напряжения на подложке Uп
усиливалась текстура (111) (рис. 6).
С увеличением напряжения на подложке
происходит увеличение периода решетки
в ненапряженном сечении от 0,443 нм при Uп
= –70 В до 0,445 нм при Uп = –200 В, а также
отмечено более высокое значение макроде-
формации –2,8 % по сравнению с –2,25 %
при меньшем Uп.
Даже наиболее интенсивное облучение
Ar+ с энергией 1,8 МэВ приводит к неболь-
шой релаксации напряженного состояния
(около 5 %), что, видимо, связано с до-
вольно тяжелыми массами металлических
составляющих вакуумно-дуговых нитрид-
ных покрытий из ВЕС. На субструктурном
уровне влияние облучения сказывается на
снижении микродеформации и создании бо-
лее измельченной структуры, что в случае
многокомпонентных покрытий можно счи-
тать переходом такой системы к более рав-
новесному структурному состоянию.
Следует отметить, что в случае несиль-
ной текстуры при Uп = –70 В основное
влияние облучения сводится к существен-
ному уменьшению среднего размера кри-
сталлитов от 96 нм до 53 нм. Для сравнения
наибольшую структурную неустойчивость
при облучении имеют покрытия системы
Mo-N, в которых происходят существенные
изменения, как на субструктурном уровне
и на уровне напряженно-макродеформи-
рованого состояния, так и на фазово-стру-
ктурном уровне посредством изменения
фазового состава. Для покрытий нитрида
титана облучение, не меняя фазового соста-
ва и преимущественной ориентации, меняет
их напряженно-деформированное состояние
и суб структурные характеристики.
Таблица 4
Режимы нанесения покрытий
Номер
образца Покрытие Uп , В P, Па
1 Ti-N –200 0,53
5 Mo-N –200 0,53
8 Ti-Zr-V-Hf-Nb-Ta-N –70 0,53
10000
60000
50000
I,
ус
л.
е
д.
40000
30000
20000
10000
0
30 40 50 60 70 80
2θ, град.
2
1
(2
20
)
(3
11
)
(2
20
)
(2
00
)
(111)
Рис. 6. Участки дифракционных спектров нитридных
покрытий из высокоэнтропийного сплава Tі-Zr-Nb-
V-Hf-Та, полученных при Uп = –70 В (1) и –200 В (2)
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВАКУУМНО-ДУГОВИХ НІТРИДНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ВИСОКОЕНТРОПІЙНИХ СПЛАВІВ
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 182
ВЫВОДЫ
1. Для покрытий из ВЕС, полученных на-
пылением в вакууме, характерны высокие
значения твердости (8,0–9,0 ГПа) и термоста-
бильности в области температур до 1000 °С.
2. Однофазные нитридные покрытия на
основе ВЕС характеризуются высокими
значениями твердости (50–66 ГПа) и моду-
ля упругости (более 600 ГПа). На формиро-
вание типа решетки нитридных покрытий
наибольшее влияние оказывает теплота об-
разования и преобладание нитридов с одним
типом кристаллической решетки.
3. Однофазные нитридные покрытия яв-
ляются достаточно термостабильными до
температур отжига 1100° С.
4. Покрытия из ВЕС при дозах облучения
1 × 1016 ион/см2 с энергией 1,8 МэВ сохраня-
ют значение твердости и несколько увеличи-
вают модуль упругости на 20–30 ГПа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Musil J. Hard and superhard nanocomposite
coatings // Surf. Coat. Technol. — 2000. —
Vol. 125. — P. 323–330.
2. Zhang Y. Solid solution formation criteria for
high entropy alloys / Y. Zhang, Y. J. Zhou //
Mater. Sci. Forum. — 2007. — No. 561–565.
— P.1337–1339.
3. Senkov O. N. Microstructure and room
tem perature properties of a high-entropy
TaNbHfZrTi alloy / O. N. Senkov, J. M. Scott,
S. V. Senkova, D. B. Miracle // J. All. Comp.
— 2011. —Vol. 509, No. 20. — P. 6043–6048.
4. Фирстов С. А. Упрочнение и механические
свойства литых высокоэнтропийных сплавов
/ С. А. Фирстов, В. Ф. Горбань, Н. А. Крапив-
ка, Э. П. Печковский // Композиты и нано-
структуры. — 2011. — № 2. — С. 5–20.
5. Соболь О. В. О воспроизводимости одно-
фаз ного структурного состояния много-
элементной высокоэнтропийной системы
Ti-V-Zr-Nb-Hf и высокотвердых нитри-
дов на ее основе при их формировании ва-
куумно-дуговым методом / О. В. Соболь,
А. А. Анд реев, В. Ф. Горбань, Н. А. Кра-
пивка, В. А. Столбовой, И. В. Сердюк,
В. Е. Фильчиков // Письма в ЖТФ. — 2012.
Т. 38, вып. 13. — С. 40–46.
6. Соболь О. В. Влияние потенциала смеще-
ния и давления азота на структурно-напря-
женное состояние и свойства нитридных
покрытий, полученных испарением высо-
коэнтропийных сплавов вакуумно-дуго-
вым методом / О. В. Соболь, А. А Андреев.
В. Н. Воеводин, В. Ф. Горбань, С. Н. Григо-
рьев, М. А. Волосова, И. В. Сердюк // ВАНТ.
— 2014. — № 1 (89). — С. 141–146.
7. Фирстов С. А. Термостабильность сверх-
твер дых нитридных покрытий на основе
многокомпонентного высокоэнтропийного
сплава системы Ti-V-Zr-Nb-Hf / С. А. Фир-
стов, В. Ф. Горбань, Н. И. Даниленко,
М. В. Кар пец, А.А. Андреев, Е. С. Макарен-
ко // Порошковая металлургия. — 2013. —
№ 9/10. — С. 93–102.
8. Andreev A. A. Regularities In The Effect
Of Model Ion Irradiation On The Structure
And Properties Of Vacuum-Arc Nitride
Coatings / A. A. Andreev, V. N. Voyevodin,
O. V. Sobol’, V. F. Gorban’, G. N. Kartmazov,
V. A. Stolbovoy, V. V. Levenets, D. V. Lysan //
ВАНТ. — 2013. — No. 5 (87). — С. 142–146.
LITERATURA
1. Musil J. Hard and superhard nanocomposite
coatings // Surf. Coat. Technol. — 2000. —
Vol. 125. — P. 323–330.
2. Zhang Y. Solid solution formation criteria for
high entropy alloys / Y. Zhang, Y. J. Zhou //
Mater. Sci. Forum. — 2007. — No. 561–565.
— P. 1337–1339.
3. Senkov O. N. Microstructure and room
tem perature properties of a high-entropy
TaNbHfZrTi alloy / O. N.Senkov, J. M. Scott,
S. V. Senkova, D. B. Miracle // J. All. Comp.
Таблица 5
Результаты индентирования нитридных покрытий до и после облучения
№
образца
Исходное Ar+ — 1,0 МeB Ar+ — 1,8 МeB
Н, ГПа Е, ГПа Н, ГПа Е, ГПа Н, ГПа Е, ГПа
1 36 433 33 433 28 420
5 41 398 36 358 39 374
8 39,5 355 40 475 45 487
І. В. СЕРДЮК, А. О. АНДРЕЄВ, В. Ф. ГОРБАНЬ, О. В. СОБОЛЬ, В. О. СТОЛБОВИЙ
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 83
— 2011. — Vol. 509, No. 20. — P. 6043–6048.
4. Firstov S. A. Uprochnenie i mehanicheskie
svoj stva lityh vysoko`entropijnyh splavov /
S. A. Firstov, V. F. Gorban’, N. A. Krapivka,
E. P. Pech kovskij // Kompozity i nanostruktury.
— 2011. — No. 2. — P. 5–20.
5. Sobol’ O. V. O vosproizvodimosti odnofazno-
go strukturnogo sostoyaniya mnogoelement-
noj vysokoentropijnoj sistemy Ti-V-Zr-Nb-Hf
i vysokotverdyh nitridov na ee osnove pri ih
formirovanii vakuumno-dugovym metodom
/ O. V. Sobol’, A. A. Andreev, V. F. Gorban’,
N. A. Krapivka, V. A. Stolbovoj, I. V. Serdyuk,
V. E. Fil’chikov // Pis’ma v ZhTF. — 2012.
Vol. 38, vyp. 13. — P. 40–46.
6. Sobol’ O. V. Vliyanie potenciala smescheniya
i davleniya azota na strukturno-napryazhennoe
sostoyanie i svojstva nitridnyh pokrytij, polu-
chennyh ispareniem vysokoentropijnyh spla vov
vakuumno-dugovym metodom / O. V. So bol’,
A. A Andreev. V. N. Voevodin, V. F. Gor ban’,
S. N. Grigor’ev, M. A. Volosova, I. V. Ser dyuk
// VANT. — 2014. — No. 1(89). — P. 141–146.
7. Firstov S. A. Termostabil’nost’ sverh tver-
dyh nitridnyh pokrytij na osnove mnogo-
kom ponentnogo vysokoentropijnogo splava
sistemy Ti-V-Zr-Nb-Hf / S. A. Firstov, V.
F. Gorban’, N. I. Danilenko, M. V. Karpec,
A. A. Andreev, E. S. Makarenko // Poroshkovaya
metallurgiya. — 2013. — No. 9/10. — P. 93–
102.
8. Andreev A. A. Regularities In The Effect Of
Model Ion Irradiation On The Structure And
Pro perties Of Vacuum-Arc Nitride Coatings /
A. A. Andreev, V. N. Voyevodin, O. V. So bol’,
V. F. Gorban’, G. N. Kartmazov, V. A. Stol-
bovoy,V. V. Levenets, D. V. Lysan // VANT. —
2013. — No. 5 (87). — P. 142–146.
|