Structure and properties of vacuum arc single-layer and multiperiod two-layer nitride coatings based on Ti(Al): Si layers

The paper provides an analysis of impact of deposition conditions on structural and phase state and thermal stability of vacuum arc coatings based on Ti(Al):Si layer

Influence of high-dose ion implantation of NiTi equiatomic on shape memory and pseudoelastic

This work explains the method alloying process of the TiNi thin films in addition to the shape memory properties of the TiNi thin films made by alloying the TiNi multilayer thin films. The surface layer of an equiatomic TiNi alloy, which exhibits the shape memory effect in the martensitic slate, is modified with high-dose implantation ions N⁺, Ni⁺ -N⁺, and Mo⁺ -W⁺ ions at a dose of 10¹⁷ − 10¹⁸ cm⁻² and studied by Rutherford back scattering, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, and by measuring the nanohardness and the elastic modulus. After double implantation ions, the hardness of the TiNi samples is 2.78 ± 0.95 GPa at a depth of 150 nm and 4.95 2.25 GPa at a depth of 50 nm; the elastic modulus is 59 GPa. The coating demonstratedthe increased corrosion resistance in acidic and alkaline media in comparison with that of the non-implanted surface. A correlation between the elemental composition, microstructure, shape memory effect, and mechanical properties of the near-surface layer in TiNi is found.В работе предложен метод модификации свойств тонких пленок TiNi с эффектом памяти формы путем легирования и формирования многослойных пленок. Поверхностный слой эквиатомного сплава TiNi, обладающего эффектом памяти формы в мартенситной фазе, изменялся путем высокодозной имплантации ионов N⁺, Ni⁺ -N⁺ и Mo⁺ -W⁺ с дозой 10¹⁷ − 10¹⁸ см⁻² и исследовался методами Резерфордовского обратного рассеяния, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопия, дифракции рентгеновских лучей. Дополнительно измерялись нанотвердость и модуль упругости. Обнаружено, что при двойной имплантации ионов микротвердость образцов TiNi составляет 2.78 ± 0.95 ГПа на глубине 150 нм и 4.95 ± 2.25 ГПа на глубине 50 нм, а модуль упругости 59 ГПа. По сравнению с неимплантированной поверхностью покрытие обладает повышенной коррозионной стойкостью в кислых и щелочных средах. Обнаружена корреляция между элементным составом, микроструктурой и эффектом памяти формы и механическими свойствами приповерхностного слоя TiNi.У роботізапропоновано метод модифікації властивостей тонких плівок TiNi з ефектом пам’яті форми шляхом легування та формування багатошарових плівок. Поверхневий шар еквіатомного сплаву TiNi, що має ефект пам’яті форми в мартенситній фазі, змінювався шляхом високодозної імплантації іонів N⁺, Ni⁺ -N⁺ та Mo⁺ -W⁺ з дозою 10¹⁷ − 10¹⁸ см⁻² і досліджувався методами Резерфордівського оберненого розсіювання, скануючої електронноїмікроскопії, енергодисперсійної спектроскопії, дифракції рентгенівських променів. Додатково вимірювалися нанотвердость і модуль пружності. Виявлено, що при подвійний імплантації іонів мікротвердість зразків TiNi становить 2.78 ± 0.95 ГПа на глибині 150 нм та 4.95 ± 2.25 ГПа на глибині 50 нм, а модуль пружності становить 59 ГПа. У порівнянніз неімплантірованною поверхнею покриття має підвищену корозійну стійкість у кислих і лужних середовищах. Виявлено кореляцію міжелементним складом, мікроструктурою та ефектом пам’яті форми і механічними властивостями приповерхневого шару TiNi

Structure and mechanical properties of TiAlSiY vacuum-arc coatings deposited in nitrogen atmosphere

The effect of a negative bias potential applied to the substrate on elemental composition, structure, and mechanical properties of vacuum-arc TiAlSiY nitride coatings is investigated by different method

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОФЛЮЕНСНОГО ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ ИЗ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ НИТРИДОВ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ (Ti, Hf, Zr, V, Nb)

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.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

MXenes—A New Class of Two-Dimensional Materials: Structure, Properties and Potential Applications

A new class of two-dimensional nanomaterials, MXenes, which are carbides/nitrides/carbonitrides of transition and refractory metals, has been critically analyzed. Since the synthesis of the first family member in 2011 by Yury Gogotsi and colleagues, MXenes have quickly become attractive for a variety of research fields due to their exceptional properties. Despite the fact that this new family of 2D materials was discovered only about ten years ago, the number of scientific publications related to MXene almost doubles every year. Thus, in 2021 alone, more than 2000 papers are expected to be published, which indicates the relevance and prospects of MXenes. The current paper critically analyzes the structural features, properties, and methods of synthesis of MXenes based on recent available research data. We demonstrate the recent trends of MXene applications in various fields, such as environmental pollution removal and water desalination, energy storage and harvesting, quantum dots, sensors, electrodes, and optical devices. We focus on the most important medical applications: photo-thermal cancer therapy, diagnostics, and antibacterial treatment. The first results on obtaining and studying the structure of high-entropy MXenes are also presented