Влияние облучения протонами на механические, структурные и оптические свойства покрытия TiAlN

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 ).

1. Yamamoto, 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/coatings11080992

2. Radiation 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.2020.125493

3. Dependence 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/s41598-021-82860-7

4. Solar 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.2020.06.034

5. Oliver, 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.2004.19.1.3

6. Solozhenko, 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)71159-7

7. Effects 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.2018.09.125

8. A 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/s0104-66322007000200009

9. Chemical 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/c6ra02550a

10. Makuła, 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.8b02892