danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2020-64-5-534-543dan-911Research ArticleФИЗИКАPHYSICSРадиационная стойкость наноструктурированных покрытий TiZrSiNRadiation tolerance of nanostructured TiZrSiN coatingsКомаровФ. Ф.KomarovF. F.

Комаров Фадей Фадеевич - член-кореспондент, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией, ИПФП им. А.Н. Сеченко БГУ.ул. Курчатова, 7, 220045, Минск.

Komarov Fadey F. - Corresponding Member, D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Laboratory, A.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State University.7, Kurchatov Str., 220045, Minsk.

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

Константинов Станислав Валерьевич - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник.ул. Курчатова, 7, 220045, Минск.

Konstantinov Stanislav V. - Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher, A.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State University .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, Belarusian State University.1, Kurchatov Str., 220045, Minsk.

valery48@tut.byПилькоВ. В.PilkoV. V.

Пилько Владимир Владимирович - младший научный сотрудник.ул. Курчатова, 7, 220045, Минск.

Pilko Vladimir V. - Junior researcher, A.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State University.7, Kurchatov Str., 220045, Minsk.

pilkow@mail.ruИнститут прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»A.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of the Belarusian State University; National University of Science and Technology MISiSИнститут прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университетаA.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of the Belarusian State UniversityБелорусский государственный университетBelarusian State University202003112020645534543Copyright © Комаров Ф.Ф., Константинов С.В., Зайков В.А., Пилько В.В., 20202020Комаров Ф.Ф., Константинов С.В., Зайков В.А., Пилько В.В.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/911

Методом реактивного магнетронного распыления сформированы наноструктурированные покрытия TiZrSiN на различных типах подложек в режимах с недостатком и стехиометрической концентрацией азота. Методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного фазового анализа определено структурно-фазовое состояние исходных покрытий, их толщины, а также морфология. С использованием наноиндентирования по методике Оливера и Фарра, а также трибомеханических испытаний определены твердость, модуль Юнга и коэффициента трения покрытий. Проведено облучение исследуемых покрытий TiZrSiN ионами водорода H+ с энергией 500 кэВ в диапазоне флюенсов от 1 • 1016 до 1 • 1017 ион/см2 на ускорительном комплексе AN 2500. Установлено, что наноструктурированные покрытия TiZrSiN, нанесенные в режимах недостатка и стехиометрии азота являются радиационно-стойкими и потенциально перспективными для эксплуатации как защитных на корпусах малых летательных аппаратов на орбите Земли и в условиях открытого космоса.

Nanostructured TiZrSiN coatings were formed on various types of substrates in regimes with a lack and stoichiometric nitrogen concentration using reactive magnetron sputtering. Using the methods of scanning electron microscopy and X-ray diffraction, the structural-phase state of the initial coatings, their thickness, and morphology were investigated. Nanoindentation tests according to the methods of Oliver and Farr, as well as tribomechanical tests were performed to determine hardness, Young's modulus and friction coefficient of the TiZrSiN coatings. The TiZrSiN coatings were irradiated with hydrogen ions H+ with an energy of 500 keV in the fluence range from 1 • 1016 to 1 • 1017 ions/cm2 on the AN 2500 accelerator complex. It was found that TiZrSiN nanostructured coatings deposited in nitrogen deficiency and stoichiometry regimes are radiation-resistant and potentially promising for use as protective on the bodies of small aircraft in orbit of the Earth and in open space.

наноструктурированные покрытия TiZrSiNструктурно-фазовое состояниетрибомеханические свойствананоиндентированиерадиационная стойкостьnanostructured TiZrSiN coatingsstructural-phase statetribomechanical propertiesnanoindentationradiation toleranceReferencesБелоус, А. И. Космическая электроника / А. И. Белоус, В. А. Солодуха, С. В. Шведов. - М., 2015. - Т. 1. - 696 с.Belous A. I., Soloduha V. A., Shvedov S. V. The Space Electronics. Moscow, 2015, vol. 1. 696 p. (in Russian).Гущин, В. Н. Основы устройства космических аппаратов. - М., 2003. - 272 с.Gushchin V. N. The basics of the device of spacecraft. Moscow, 2003. 272 p. (in Russian).Комаров, Ф. Ф. Влияние условий нанесения наноструктурированных покрытий из Ti-Zr-Si-N на их состав, структуру и трибомеханические свойства / Ф. Ф. Комаров, В. В. Пилько, И. М. Климович // Инженерно-физ. журн. -2015. - Т. 88, № 2. - C. 350-354.Komarov F. F., Pil'ko V. V., Klimovich I. M. Influence of Conditions Employed in Application of Ti-Zr-Si-N Nanostructured Coatings on their Composition, Structure, and Tribomechanical Properties. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2015, vol. 88, no. 2, pp. 358-363. https://doi.org/10.1007/s10891-015-1200-zСистема контроля расхода газов для применения в технологии реактивного магнетронного распыления / И. М. Климович [и др.] // Приборы и методы измерений. - 2015. - Т. 6, № 2. - С. 139-147.Klimovich I. M., Kuleshov V. N., Zaikou V. A., Burmakou A. P., Komarov F. F., Ludchik O. R. Gas flow control system in reactive magnetron sputtering technology. Pribory i metody izmerenii = Devices and Methods of Measurements, 2015, vol. 6, no. 2, pp. 139-147 (in Russian).Powder diffraction file. Alphabetical index inorganic compounds / ed. W. Frank. - Pennsylvania, 1977. - 859 p.Frank W., ed. Powder diffraction file. Alphabetical index inorganic compounds. Pennsylvania, 1977. 859 p.Oliver, W. C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W. C. Oliver, G. M. Pharr // J. Mater. Res. - 1992. - Vol. 7, N 6. - P. 1564-1583. https://doi.org/10.1557/jmr.1992.1564Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research, 1992, vol. 7, no. 6, pp. 1564-1583. https://doi.org/10.1557/jmr.1992.1564Oliver, 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.2004.19.1.3Износостойкие покрытия Ti-Al-Si-C-N, полученные методом магнетронного распыления СВС-мишеней / Ф. В. Кирюханцев-Корнеев [и др.] // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2011. -№ 3. - С. 22-27.Kiryukhantsev-Korneev F. V., Kuptsov K. A., Sheveiko A. N., Levashov Ye. A., Shtansky D. V. Wear-resistant Ti-Al-Si-C-N coatings obtained by magnetron sputtering of SHS targets. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funkt-sional'nye pokrytiya [Bulletin of Higher Educational Institutions. Powder metallurgy and functional coatings], 2011, no. 3, pp. 22-27 (in Russian).Горелик, С. С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев. - 3-е изд., доп. и перераб. - М., 1994. - 328 с.Gorelik S. S., Skakov Yu. A., Rastorguev L. N. X-ray and electron-optical analysis. 3rd ed. Moscow, 1994. 328 p. (in Russian).Structure and hardness of quaternary TiZrSiN thin films deposited by reactive magnetron co-sputtering / I. A. Saladukhin [et al.] // Thin Solid Films. - 2015. - Vol. 581. - P. 25-31. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.11.020Saladukhin I. A., Abadias G., Michel A., Uglov V. V., Zlotski S. V., Dub S. N., Tolmachova G. N. Structure and hardness of quaternary TiZrSiN thin films deposited by reactive magnetron co-sputtering. Thin Solid Films, 2015, vol. 581, pp. 25-31. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.11.020Thermal stability of nanostructured TiZrSiN thin films subjected to helium ion irradiation / V. V. Uglov [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. - 2015. - Vol. 354. - P. 264-268.Uglov V. V., Abadias G., Zlotski S. V., Saladukhin I. A., Skuratov V. A., Leshkevich S. S., Petrovich S. Thermal stability of nanostructured TiZrSiN thin films subjected to helium ion irradiation. Nuclear Instruments and Methods in Physical Research Section B, 2015, vol. 354, pp. 264-268. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.12.043Русаков, А. А. Рентгенография металлов / А. А. Русаков. - М., 1977. - 480 сRusakov A. A. Radiography of metals. Moscow, 1977. 480 p. (in Russian).Nanostructured Coatings / eds. A. Cavaleiro, J. T. M. De Hosson. - Berlin, 2006. https://doi.org/10.1007/978-0-387-48756-4Cavaleiro A., De Hosson J. T. M., eds. Nanostructured Coatings. Berlin, 2006. https://doi.org/10.1007/978-0-387-48756-4The effect of steel substrate pre-hardening on structural, mechanical, and tribological properties of magnetron sputtered TiN and TiAlN coatings / F. F. Komarov [et al.] // Wear. - 2016. - Vol. 352-353. - P. 92-101. https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.02.007Komarov F. F., Konstantinov V. M., Kovalchuk A. V., Konstantinov S. V., Tkachenko H. A. The effect of steel substrate pre-hardening on structural, mechanical, and tribological properties of magnetron sputtered TiN and TiAlN coatings. Wear, 2016, vol. 352-353, pp. 92-101. https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.02.007

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