Радиационная стойкость наноструктурированных покрытий TiCrN
https://doi.org/10.29235/1561-8323-2021-65-4-412-421
Аннотация
Методом сепарируемого вакуумно-дугового осаждения сформированы наноструктурированные покрытия TixCr1–xN различных составов 0,58 ≤ x ≤ 0,8 на подложках из нержавеющей стали 12Х17 и монокристаллического кремния. Изучен элементный состав методом спектрометрии резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия, структурно-фазовое состояние и морфология методами рентгеновской дифракции, оптической и сканирующей электронной микроскопии, проведены трибомеханические испытания исходных покрытий. Проведено исследование радиационной стойкости наноструктурированных покрытий TixCr1–xN 0,58 ≤ x ≤ 0,8 при облучении ионами He+ с энергией 500 кэВ в диапазоне флюенсов 5·1016–3·1017 ион/см2. Установлено, что покрытия TixCr1–xN 0,58 ≤ x ≤ 0,8 выдерживают облучение без существенных изменений структуры до флюенса 2·1017 ион/см2, при котором начинается частичный флекинг (отшелушивание) покрытий до глубины среднего проективного пробега ионов гелия. Обнаружено уменьшение среднего размера кристаллитов покрытий и уменьшение периода кристаллической решетки покрытий после облучения. Установлено уменьшение микротвердости покрытий TixCr1–xN всех составов после облучения.
Об авторах
С. В. Константинов
Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Беларусь
Беларусь
Константинов Станислав Валерьевич – канд. физ.- мат. наук, ст. науч. сотрудник
ул. Курчатова, 7, 220045, Минск
Ф. Ф. Комаров
Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Беларусь
Беларусь
Комаров Фадей Фадеевич – член-кореспондент, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией
ул. Курчатова, 7, 220045, Минск
В. Е. Стрельницкий
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
Украина
Украина
Стрельницкий Владимир Евгеньевич – д-р физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник, начальник лаборатории
ул. Академическая, 1, 61108, Харьков
Список литературы
1. Lattice expansion and microstructure evaluation of Ar ion-irradiated titanium nitride / J. X. Xue [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2013. – Vol. 308. – P. 62–67. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.05.011
2. Andrievskii, R. А. Radiation Stability of Nanomaterials / R. А. Andrievskii // Nanotechnologies in Russia. – 2011. – Vol. 6, N 5–6. – P. 357–369. https://doi.org/10.1134/s1995078011030037
3. Андриевский, Р. А. Наноструктуры в экстремальных условиях / Р. А. Андриевский // Успехи физ. наук. – 2014. – Т. 184, № 10. – С. 1017–1032. https://doi.org/10.3367/ufnr.0184.201410a.1017
4. Shen, T. D. Radiation tolerance in a nanostructure: Is smaller better? / T. D. Shen // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2008. – Vol. 266, N 10. – P. 921–925. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2008.01.039
5. Microstructural design of hard coatings / P. H. Mayrhofer [et al.] // Progress in Materials Science. – 2006. – Vol. 51, N 8. – P. 1032–1114. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2006.02.002
6. Milosev, I. Comparison of TiN, ZrN and CrN hard nitride coatings: electrochemical and thermal oxidation / I. Milosev, H.-H. Strehbtow, B. Navinsek // Thin Solid Films. – 1997. – Vol. 303, N 1–2. – P. 246–254. https://doi.org/10.1016/s0040-6090(97)00069-2
7. Otani, Y. High temperature oxidation behaviour of (Ti1−xCrx)N coatings / Y. Otani, S. Hofmann // Thin Solid Films. – 1996. – Vol. 287, N 1–2. – P. 188–192. https://doi.org/10.1016/s0040-6090(96)08789-5
8. Stress and mechanical properties of Ti–Cr–N gradient coatings deposited by vacuum arc / V. V. Uglov [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2005. – Vol. 200, N 1–4. – P. 178–181. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.02.136
9. Akbarzadeh, M. Characterization of TiN, CrN and (Ti, Cr)N Coatings Deposited by Cathodic ARC Evaporation / M. Akbarzadeh, A. Shafyei, H. R. Salimijazi // International Journal of Engineering Transactions A: Basics. – 2014. – Vol. 27, N 7. – P. 1127–1132.
10. Твердые покрытия Ti–Al–N, осажденные из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы / В. А. Белоус [и др.] // Физическая инженерия поверхности. – 2009. – Т. 7, № 3. – С. 216–222.
11. The 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.2016.02.007
12. Nanostructured Coatings / eds. A Cavaleiro, J. T. de Hosson. – Berlin, 2006. – 648 p. https://doi.org/10.1007/0-387-48756-5
13. Hultman, L. Thermal stability of nitride thin films / L. Hultman // Vacuum. – 2000. – Vol. 57, N 1. – P. 1–30. https://doi.org/10.1016/s0042-207x(00)00143-3
14. Самсонов, Г. В. Тугоплавкие соединения / Г. В. Самсонов, И. М. Виницкий. 2-е изд. – М., 1976. – 560 с.
15. Русаков, А. А. Рентгенография металлов / А. А. Русаков. – М., 1977. – 480 с.
16. Комаров, Ф. Ф. Радиационная стойкость наноструктурированных покрытий TiN, TiAlN, TiAlYN / Ф. Ф. Комаров, С. В. Константинов, В. Е. Стрельницкий // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 6. – С. 22–27.
17. Komarov, F. F. Radiation Resistance of high-entropy nanostructured (Ti, Hf, Zr, V, Nb)N coatings / F. F. Komarov, A. D. Pogrebnyak, S. V. Konstantinov // Technical Physics. – 2015. – Vol. 60, N 10. – P. 1519–1524. https://doi.org/10.1134/s1063784215100187
18. Влияние облучения ионами гелия на структуру, фазовую стабильность и микротвердость наноструктурированных покрытий TiN, TiAlN, TiAlYN / Ф. Ф. Комаров [и др.] // Журн. техн. физики. – 2016. – Т. 86, № 5. – С. 57–63.
19. Ziegler, J. F. The Stopping and Range of Ions in Solids / J. F. Ziegler, J. P. Biersack, U. Littmark. – New York, 1985.
20. The effect of He and swift heavy ions on nanocrystalline zirconium nitride / J. A. van Vuuren [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2014. – Vol. 326. – P. 19–22. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.10.063
21. Yang, Y. Radiation stability of ZrN under 2.6 MeV proton irradiation / Y. Yang, C. A. Dickerson, T. R. Allen // Journal of Nuclear Materials. – 2009. – Vol. 392, N 2. – P. 200–205. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2009.03.040
22. Enhanced radiation tolerance in nanocrystalline MgGa2O4 / T. D. Shen [et al.] // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 90, N 26. – P. 263115. https://doi.org/10.1063/1.2753098
23. Enhanced radiation tolerance in nitride multilayered nanofilms with small period-thicknesses / M. Hong [et al.] // Applied Physics Letters. – 2012. – Vol. 101, N 15. – P. 153117. https://doi.org/10.1063/1.4759004
24. Relation between microstructure and hardness of nano-composite CrN/Si3N4 coatings obtained using CrSi single target magnetron system / J. Morgiel [et al.] // Vacuum. – 2013. – Vol. 90. – P. 170–175. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2012.03.043
25. Musil, J. Hard and superhard nanocomposite coatings / J. Musil // Surface and Coatings Technology. – 2000. – Vol. 125, N 1–3. – P. 322–330. https://doi.org/10.1016/s0257-8972(99)00586-1
Рецензия
Просмотров: 627
Послать статью по эл. почте 