danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"dan-138Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВЛИЯНИЕ ВЫСОКОФЛЮЕНСНОГО ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ ИЗ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ НИТРИДОВ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ (Ti, Hf, Zr, V, Nb)EFFECT OF HIGH-FLUENCE ION IRRADIATION ON THE STUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF COATINGS BASED ON NANOSTRUCTURED NITRIDES OF HIGH-ENTROPY ALLOYS (Ti, Hf, Zr, V, Nb)КОМАРОВФ. Ф.KOMAROVF. F.

член-корреспондент

komarovF@bsu.byКОНСТАНТИНОВС. В.KONSTANTINOVS. V.mymail3000@tut.byПОГРЕБНЯКА. Д.POGREBNJAKA. D.alexp@i.uaНИИ прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко Белорусского государственного университета, МинскA. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State University, MinskСумский государственный университет, СумыSumy State University, Sumy2015060620165952430Copyright © КОМАРОВ Ф.Ф., КОНСТАНТИНОВ С.В., ПОГРЕБНЯК А.Д., 20162016КОМАРОВ Ф.Ф., КОНСТАНТИНОВ С.В., ПОГРЕБНЯК А.Д.KOMAROV F.F., KONSTANTINOV S.V., POGREBNJAK A.D.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/138

Впервые исследовано влияние высокофлюенсного ионного облучения наноструктурированных покрытий на базе высокоэнтропийного соединения (Ti, Hf, Zr, V, Nb)N. Облучение проводилось ионами гелия с энергией 500 кэВ, в диапазоне флюенсов 5 · 1016–3 · 1017 ион/см2. Для моделирования процессов эксплуатации в ядерном реакторе проведен термический отжиг покрытий после ионного облучения при температуре 773 К в течение 15 мин. Исследованы элементный состав, структура, морфология, а также прочностные свойства покрытий (Ti, Hf, Zr, V, Nb)N до и после облучения. По результатам исследований не выявлено существенных структурных или фазовых изменений покритий после облучения, кроме сильного дробления кристаллитов покрытий до величины менее 10 нм. Также не виявлено изменений в атомном составе покрытий. Установлено нелинейное влияние флюенса облучения на твердость покрытий. По результатам исследований можно утверждать, что наноструктурированные покрытия (Ti, Hf, Zr, V, Nb)N являються радиационно-стойкими и перспективны в качестве покрытий на оболочки ТВЭЛов ядерных реакторов.

The effect of high-fluence ion irradiation of nanostructured coatings based on high-entropy compound (Ti, Hf, Zr, V, Nb) N was studied. The irradiation was performed using helium ions with an energy of 500 keV in the fluence range of 5 · 1016–3 · 1017 ion/cm2. The thermal annealing at 773 K during 15 min was done with the aim of modeling conditions of this material exploitation in a nuclear reactor. The elemental composition, structure, morphology, as well as mechanical properties of (Ti, Hf, Zr, V, Nb) N coatings were investigated before and after the irradiation. According to the results of this study, there are no significant structural or phase changes in coatings after irradiation, except a strong fragmentation of grains to a size less than 10 nm. Also, there are not observed any changes in the elemental composition. The non-linear behavior of coating hardness on irradiation fluence was detected. It can be argued according to the experimental results that nanostructured coatings (Ti, Hf, Zr, V, Nb)N are radiation-resistant and perspective as fuel claddings in nuclear reactors.

наноструктурированные покрытиявысокофлюенсное ионное облучениерадиационная стойкостьвысокоэнтропийные сплавыnanostructured coatingshigh fluence ion irradiationradiation resistancehigh entropy alloysReferencesМикро- и нонакомпозитные защитные покрытия на основе Ti-Al-N/Ni-Cr-B-Si-Fe / А. Д. Погребняк [и др.] // Журн. техн. физики. – 2011. – Т. 81, вып. 7. – С. 124–131.Микро- и нонакомпозитные защитные покрытия на основе Ti-Al-N/Ni-Cr-B-Si-Fe / А. Д. Погребняк [и др.] // Журн. техн. физики. – 2011. – Т. 81, вып. 7. – С. 124–131.Стехиометрия, фазовый состав и свойства сверхтвердых наноструктурных пленок Ti-Hf-Si-N, полученные с помощью вакуумно-дугового источника в высокочастотном разряде / А. Д. Погребняк [и др.] // Письма в ЖТФ. – 2011. – Т. 37, вып. 13. – С. 90–97.Стехиометрия, фазовый состав и свойства сверхтвердых наноструктурных пленок Ti-Hf-Si-N, полученные с помощью вакуумно-дугового источника в высокочастотном разряде / А. Д. Погребняк [и др.] // Письма в ЖТФ. – 2011. – Т. 37, вып. 13. – С. 90–97.Analysis of local regions near interfaces in nanostructured multicomponent (Ti-Zr-Hf-V-Nb)N coatings produced by the cathodic-arc-vapor-deposition from an arc of an evaporating cathode / R. Krause-Rechberg [et al.] // The Physics of Metals and Metallography. – 2013. – Vol. 114, N 8. – P. 672.Analysis of local regions near interfaces in nanostructured multicomponent (Ti-Zr-Hf-V-Nb)N coatings produced by the cathodic-arc-vapor-deposition from an arc of an evaporating cathode / R. Krause-Rechberg [et al.] // The Physics of Metals and Metallography. – 2013. – Vol. 114, N 8. – P. 672.Effects of substrate temperature on the structure and mechanical properties of (TiVCrZrHf)N coatings / S.-Ch. Liang [et al.] // Applied Surface Science. – 2011. – Vol. 257. – P. 7709.Effects of substrate temperature on the structure and mechanical properties of (TiVCrZrHf)N coatings / S.-Ch. Liang [et al.] // Applied Surface Science. – 2011. – Vol. 257. – P. 7709.High-Entropy Alloys – A New Era of Exploitation / J.-W. Yeh [et al.] // Materials Science Forum. – 2007. – Vol. 560. – P. 1–9.High-Entropy Alloys – A New Era of Exploitation / J.-W. Yeh [et al.] // Materials Science Forum. – 2007. – Vol. 560. – P. 1–9.Mechanical performance and nanoindenting deformation of (AlCrTaTiZr)NCy multi-component coatings co-sputtered with bias / S.-Y. Lin [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 206, N 24. – P. 5096–5102.Mechanical performance and nanoindenting deformation of (AlCrTaTiZr)NCy multi-component coatings co-sputtered with bias / S.-Y. Lin [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 206, N 24. – P. 5096–5102.Li, A. Thermodynamic analysis of the simple microstructure of AlCrFeNiCu high-entropy alloy with multi-principal elements / A. Li, X. Zhang // Acta Metallurgica Sinica. – 2009. – Vol. 22, N 3. – P. 219–224.Li, A. Thermodynamic analysis of the simple microstructure of AlCrFeNiCu high-entropy alloy with multi-principal elements / A. Li, X. Zhang // Acta Metallurgica Sinica. – 2009. – Vol. 22, N 3. – P. 219–224.Шепелевич, В. Г. Структурно-фазовые превращения в металлах / В. Г. Шепелевич. – Минск: БГУ, 2007. – 167 с.Шепелевич, В. Г. Структурно-фазовые превращения в металлах / В. Г. Шепелевич. – Минск: БГУ, 2007. – 167 с.Komarov, F. F. Ion Beam Modification of Metals / F. F. Komarov. – New York: Gordon and Breach, 1992. – 249 p.Komarov, F. F. Ion Beam Modification of Metals / F. F. Komarov. – New York: Gordon and Breach, 1992. – 249 p.Радиационная стойкость конструкционных материалов атомных реакторов при облучении высокоэнергетическими ионами водорода и гелия / Ф. Ф. Комаров [и др.] // Инженерно-физ. журн. – 2013. – Т. 86, № 6. – С. 1393–1396.Радиационная стойкость конструкционных материалов атомных реакторов при облучении высокоэнергетическими ионами водорода и гелия / Ф. Ф. Комаров [и др.] // Инженерно-физ. журн. – 2013. – Т. 86, № 6. – С. 1393–1396.Formation and characterization of nanostructured composite coatings based on the TiN phase F. F. Komarov // Acta Physica Polonica A. 2014. Vol. 125, N 6. P. 1292–1295.Formation and characterization of nanostructured composite coatings based on the TiN phase F. F. Komarov // Acta Physica Polonica A. 2014. Vol. 125, N 6. P. 1292–1295.Komarov, F. F. Formation of nanostructured TiAlN, TiCrN, and TiSiN coatings using reactive magnetron sputtering / F. F. Komarov, S. V. Konstantinov, V. V. Pilko // J. of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35, N 3. – P. 215–223.Komarov, F. F. Formation of nanostructured TiAlN, TiCrN, and TiSiN coatings using reactive magnetron sputtering / F. F. Komarov, S. V. Konstantinov, V. V. Pilko // J. of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35, N 3. – P. 215–223.Русаков, А. А. Рентгенография металлов / А. А. Русаков. – М.: Атомиздат, 1977. – 480 с.Русаков, А. А. Рентгенография металлов / А. А. Русаков. – М.: Атомиздат, 1977. – 480 с.Enhanced radiation tolerance in nitride multilayered nanofilms with small period-thicknesses / M. Hong [et al.] // Applied Physics Letters. – 2012. – Vol. 101. – P. 153117.Enhanced radiation tolerance in nitride multilayered nanofilms with small period-thicknesses / M. Hong [et al.] // Applied Physics Letters. – 2012. – Vol. 101. – P. 153117.Enhanced radiation tolerance in nanocrystalline MgGa2O4 / T. D. Shen [et al.] // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 90. – P. 263115.Enhanced radiation tolerance in nanocrystalline MgGa2O4 / T. D. Shen [et al.] // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 90. – P. 263115.

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