danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2022-66-2-141-147dan-1048Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВлияние облучения протонами на механические, структурные и оптические свойства покрытия TiAlNEffect of proton irradiation on the mechanical, structural, and optical properties of TiAlN coatingПархоменкоИ. Н.ParkhomenkoI. N.

Пархоменко Ирина Николаевна – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Курчатова, 5, 220108, Минск

Parkhomenko Irina N. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher

5, Kurchatov Str., 220108, Minsk

parkhomenko@bsu.byВласуковаЛ. А.VlasukovaL. A.

Власукова Людмила Александровна – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией

ул. Курчатова, 5, 220108, Минск

Vlasukova Liudmila A. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

5, Kurchatov Str., 220108, Minsk

vlasukova@bsu.byКомаровФ. Ф.KomarovF. F.

Комаров Фадей Фадеевич – академик, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией

ул. Курчатова, 7, 220108, Минск

Komarov Fadei F. – Academician, D. Sc. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

7, Kurchatov Str., 220045, Minsk

komarovf@bsu.byКонстантиновС. В.KonstantinovS. V.

Константинов Станислав Валерьевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

ул. Курчатова, 7, 220108, Минск

Konstantinov Stanislav V. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

7, Kurchatov Str., 220045, Minsk

mymail3000@tut.byЗайковВ. А.ZaikovV. A.

Зайков Валерий Александрович – старший преподаватель

ул. Курчатова, 1, 220045, Минск

Zaikov Valery A. – Senior Lecturer

1, Kurchatov Str., 220045, Minsk

 

zaikov@bsu.byПилькоВ. В.PilkoV. V.

Пилько Владимир Владимирович – научный сотрудник

ул. Курчатова, 7, 220108, Минск

Pilko Vladimir V. – Researcher

7, Kurchatov Str., 220045, Minsk

pilkow@mail.ruБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityИнститут прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physics Problems of the Belarusian State University202205052022662141147Copyright © Пархоменко И.Н., Власукова Л.А., Комаров Ф.Ф., Константинов С.В., Зайков В.А., Пилько В.В., 20222022Пархоменко И.Н., Власукова Л.А., Комаров Ф.Ф., Константинов С.В., Зайков В.А., Пилько В.В.Parkhomenko I.N., Vlasukova L.A., Komarov F.F., Konstantinov S.V., Zaikov V.A., Pilko V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1048

Нитрид титана-алюминия (TiAlN) – многообещающий материал для применения в качестве защитных радиационно-стойких покрытий в космических аппаратах. В процессе эксплуатации такие покрытия подвергаются воздействию потока энергетических частиц. В представленной работе изучено влияние облучения протонами на механические, структурные и оптические свойства покрытия TiAlN, полученного методом магнетронного распыления. Показано, что облучение протонами дозой 5 · 1016 ион/см2 приводит к увеличению нанотвердости и модуля Юнга выше уровня сверхтвердости, тогда как дальнейшее увеличение дозы облучения (до 2 · 1017 ион/см2 ) приводит к уменьшению данных величин. Методом профилометрии продемонстрировано сглаживание поверхности после облучения. Показано, что облучение протонами приводит к увеличению зеркального отражения. Диффузное отражение увеличивается в меньшей степени и только после облучения относительно низкими дозами протонов ((2–5)· 1016 ион/см2 ).

 

Titanium aluminium nitride (TiAlN) is a promising material for space application as protective, radiation-resistance coatings. During the operation in space such coatings are exposed to the flux of energetic particles. We present the results of the proton irradiation effect on the mechanical, structural, and optical properties of the TiAlN coating deposited by reactive magnetron sputtering. The irradiation with fluence of 5 · 1016 ion/cm2 results in an increase of Young՚s modulus and nanohardness above the superhard level, while a further fluence increase (up to 2 · 1017 ion/cm2 ) results in a decrease of these parameters. Surface smoothing after proton irradiation has been demonstrated by profilometry. It is shown that irradiation with protons results in an increase of specular reflectance. Diffuse reflectance increases to a lesser extent and only after irradiation with relatively low proton fluences ((2–5)· 1016 ion/cm2 ).

нитрид титана-алюминиянанотвердостьмодуль Юнгапрофилометриязеркальное и диффузное отражениеtitanium aluminium nitridenanohardnessYoung’s modulusprofilometryspecular and diffuse reflectanceReferencesYamamoto, K. The relationship between coating property and solid particle erosion resistance of AIP-deposited TiAlN coatings with different Al contents / K. Yamamoto, Y. Tatsuhira, Y. Iwai // Coatings. – 2021. – Vol. 11, N 8. – Art. 992. https://doi.org/10.3390/coatings11080992Yamamoto K., Tatsuhira Y., Iwai Y. The relationship between coating property and solid particle erosion resistance of AIP-deposited TiAlN coatings with different Al contents. Coatings, 2021, vol. 11, no. 8, art. 992 (1–12). https://doi.org/10.3390/coatings11080992Radiation tolerance of nanostructured TiAlN coatings under Ar+ ion irradiation / S. V. Konstantinov [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 386. – Art. 125493. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125493Konstantinov S. V., Wendler E., Komarov F. F., Zaikov V. A. Radiation tolerance of nanostructured TiAlN coatings under Ar+ ion irradiation. Surface and Coatings Technology, 2020, vol. 386, art. 125493. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125493Dependence of the damage in optical metal/dielectric coatings on the energy of ions in irradiation experiments for space qualification / M. G. Pelizzo [et al.] // Sci. Rep. – 2021. – Vol. 11, N 1. – Art. 3429. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82860-7Pelizzo M. G., Corso A. J., Santi G., Hübner R., Garoli D., Doyle D., Lubin P., Cohen A. N., Erlikhman J., Favaro G., Bazzan M., Drobny J., Curreli D., Umansky M. Dependence of the damage in optical metal/dielectric coatings on the energy of ions in irradiation experiments for space qualification. Scientific Reports, 2021, vol. 11, no. 1, art. 3429. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82860-7Solar sail propulsion limitations due to hydrogen blistering / M. Sznajder [et al.] // Adv. Space Res.– 2021. – Vol. 67, N 9. – P. 2655–2668. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.06.034Sznajder M., Seefeldt P., Spröwitz T., Renger J., Kang J. H., Bryant R., Wilkie W. Solar sail propulsion limitations due to hydrogen blistering. Advances in Space Research, 2021, vol. 67, no. 9, pp. 2655–2668. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.06.034Oliver, W. C. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology / W. C. Oliver, G. M. Pharr // J. Mater. Res. – 2004. – Vol. 19, N 1. – P. 3–20. https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.1.3Oliver W. C., Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. Journal of Materials Research, 2004, vol. 19, no. 1, pp. 3–20. https://doi.org/10.1557/jmr.2004.19.1.3Solozhenko, V. L. Synthesis of superhard materials / V. L. Solozhenko, E. Gregoryanz // Mater. Today. – 2005. – Vol. 8, N 11. – P. 44–51. https://doi.org/10.1016/s1369-7021(05)71159-7Solozhenko V. L., Gregoryanz E. Synthesis of superhard materials. Materials Today, 2005, vol. 8, no. 11, pp. 44–51. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(05)71159-7Effects of microstructure evolution on the oxidation behavior and high-temperature tribological properties of AlCrN/ TiAlSiN multilayer coatings / B. Xiao [et al.] // Ceram. Int. – 2018. – Vol. 44, N 18. – P. 23150–23161. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.09.125Xiao B., Liu J., Liu F., Zhong X., Xiao X., Zhang T. F., Wang Q. Effects of microstructure evolution on the oxidation behavior and high-temperature tribological properties of AlCrN/TiAlSiN multilayer coatings. Ceramics International, 2018, vol. 44, no. 18, pp. 23150–23161. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.09.125A study of TiAlN coatings prepared by rf co-sputtering / L. García-González [et al.] // Braz. J. Chem. Eng. – 2007. – Vol. 24, N 2. – P. 249–257. https://doi.org/10.1590/s0104-66322007000200009García-González L., Garnica-Romo M. G., Hernández-Torres J., Espinoza-Beltrán F. J. A study of TiAlN coatings prepared by rf co-sputtering. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2007, vol. 24, no. 2, pp. 249–257. https://doi.org/10.1590/S0104-66322007000200009Chemical bonding states and solar selective characteristics of unbalanced magnetron sputtered Tix M1–x–y Ny films / M. M. Rahman [et al.] // RSC Adv. – 2016. – Vol. 6, N 43. – P. 36373–36383. https://doi.org/10.1039/c6ra02550aRahman M. M., Jiang Z.-T., Munroe P., Chuah L. S., Zhou Z., Xie Z., Yin C. Y., Ibrahim K., Amri A., Kabir H., Haque Md. M., Mondinos N., Altarawneh M., Dlugogorski B. Z. Chemical bonding states and solar selective characteristics of unbalanced magnetron sputtered Tix M1–x–y Ny films. RSC Advances, 2016, vol. 6, no. 43, pp. 36373–36383. https://doi.org/10.1039/c6ra02550aMakuła, P. How to correctly determine the band gap energy of modified semiconductor photocatalysts based on UV− Vis spectra / P. Makuła, M. Pacia, W. Macyk // J. Phys. Chem. Lett. – 2018. – Vol. 9, N 23. – P. 6814−6817. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b02892Makuła P., Pacia M., Macyk W. How to correctly determine the band gap energy of modified semiconductor photocatalysts based on UV−Vis spectra. Journal of Physical Chemistry Letters, 2018, vol. 9, no. 23, pp. 6814−6817. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b02892

The authors declare that there are no conflicts of interest present.