Deposition and Characterization of NiCoCrAlY Coatings by Multi-chamber Detonation Sprayer

In this study, multi-chamber detonation sprayer (MCDS) was applied for deposition of NiCoCrAlY powder coatings (60-65 mm thick) on nickel base superalloy JS6U (Russia). Powder RPCoCr27Al7Si3Y was used to deposit of a coating. The coating microstructures and phase compositions were characterized using SEM, OM and XRD techniques. Measurement of the microhardness of samples was done with a micro-hardness tester DM – 8B using a Vickers’s indenter with load on of 0.01 N. It was established that MCDS has provided the conditions for formation of a dense layer with porosity below 1% and microhardness of 1100 ± 250 HV0.1

Deposition and Characterization of NiCoCrAlY Coatings by Multi-chamber Detonation Sprayer

In this study, multi-chamber detonation sprayer (MCDS) was applied for deposition of NiCoCrAlY powder coatings (60-65 mm thick) on nickel base superalloy JS6U (Russia). Powder RPCoCr27Al7Si3Y was used to deposit of a coating. The coating microstructures and phase compositions were characterized using SEM, OM and XRD techniques. Measurement of the microhardness of samples was done with a micro-hardness tester DM – 8B using a Vickers’s indenter with load on of 0.01 N. It was established that MCDS has provided the conditions for formation of a dense layer with porosity below 1% and microhardness of 1100 ± 250 HV0.1

Properties of superhard nanostructured coatings Ti-Hf-Si-N

New superhard coatings based on Ti-Hf-Si-N featuring high physical and mechanical properties were fabricated. We employed a vacuum-arc source with HF stimulation and a cathode sintered from Ti-Hf-Si. Nitrides were fabricated using atomic nitrogen (N) or a mixture of Ar/N, which were leaked-in a chamber at various pressures and applied to a substrate potentials. RBS, SIMS, GT-MS, SEM with EDXS, XRD, and nanoindentation were employed as analyzing methods of chemical and phase composition of thin films. We also tested tribological and corrosion properties. The resulting coating was a two-phase, nanostructured nc-(Ti, Hf)N and α-Si3N4. Sizes of substitution solid solution nanograins changed from 3.8 to 6.5 nm, and an interface thickness surrounding α-Si3N4 varied from 1.2 to 1.8 nm. Coatings hardness, which was measured by nanoindentation was from 42.7 GPa to 48.6 GPa, and an elastic modulus was E = (450 to 515) GPa. The films stoichiometry was defined for various deposition conditions. It was found that in samples with superhard coatings of 42.7 to 48.6GPa hardness and lower roughness in comparison with other series of samples, friction coefficient was equal to 0.2, and its value did not change over all depth (thickness) of coatings. A film adhesion to a substrate was essentially high and reached 25MPa. В работе получены новые сверхтвердые покрытия на основе Ti-Hf-Si-N с высокими физико-механическими свойствами. В процессе синтеза методом вакуумно-дугового осаждения с применением ВЧ напряжения распылялся цельнолитой катод Ti-Hf-Si. Нитриды формировались в среде атомарного азота (N) или в смеси Ar/N, которые напускались в камеру при различных давлениях. Химический и фазовый составы тонких пленок анализировался методами RBS, SIMS, GT-MS, SEM с EDXS, РСА, а твердость определялась наноиндентированием. Исследовались трибологические и коррозионные свойства покрытий. Полученные покрытия являются двухфазными наноструктурированными nс-(Ti, Hf)N и α-Si3N4. Размеры нанозерен твердого раствора варьировались от 3,8 до 6,5 нм, а толщина окружающей оболочки α-Si3N4 менялась от 1,2 до 1,8 нм. Твердость покрытий H составляла 42,7 48,6 ГПа, а модуль упругости Е принимал значения от 450 ГПа до 515 ГПа. Определена стехиометрия пленок при различных условиях осаждения. Установлено, что в образцах сверхтвердых покрытий с твердостью 42,7 48.6 ГПа наблюдалась более низкая шероховатость по сравнению с другими образцами, коэффициент трения составлял 0,2, и его значение не изменялось по всей глубине (толщине) покрытия. Адгезия пленки к подложке достигла 25 МПа. У роботі отримані нові надтверді покриття на основі Ti-Hf-Sі-N з високими фізико-механічними властивостями. У процесі синтезу методом вакуумно-дугового осадження із застосуванням ВЧ напруги розпорошувався суцільнолитий катод Tі-Hf-Sі. Нітриди формувалися у середовищі атомарного азоту (N) або у суміші Ar/N, які напускалися у камеру при різних тисках. Хімічний і фазовий склади тонких плівок аналізувалися методами RBS, SІMS, GT-MS, SEM з EDXS, РСА, а твердість визначалася наноіндентуванням. Досліджувалися трибологічні та корозійні властивості покриттів. Отримані покриття є двофазними наноструктурованими nс-(Tі, Hf)N і -Sі3N4. Розміри нанозерен твердого розчину варіювалися від 3,8 до 6,5 нм, а товщина навколишньої оболонки -Sі3N4 змінювалася від 1,2 до 1,8 нм. Твердість покриттів H становила 42,7 48,6 ГПа, а модуль пружності Е приймав значення від 450 ГПа до 515 ГПа. Визначено стехіометрію плівок при різних умовах осадження. Встановлено, що у зразках надтвердих покриттів із твердістю 42,7 48.6 ГПа спостерігалася нижча шорсткість у порівнянні з іншими зразками, коефіцієнт тертя становив 0,2, і його значення не змінювалося за глибиною (товщиною) покриття. Адгезія плівки до підкладки досягла 25 МПа

Improving the Wear Resistance of Thermally Sprayed Nanocomposite Cr3C2-25NiCr Coatings by Pulsed Plasma Treatment

In this study the surfaces of thermally sprayed nanocomposite Cr3C2-25NiCr coating have been treated by the pulsed plasma. The nanocomposite Cr3C2-25NiCr coating was deposited by a new multi-chamber gas-dynamic accelerator on grit blasted steel substrate. An automatic pulse-plasma device “Impulse-6” was employed to plasma treatment the surface of Cr3C2-25NiCr coating. The microstructure and wear resistance of the surface of the nanocomposite Cr3C2-NiCr coating before and after the pulsed plasma treatment (PPT) was studied in this paper. Wear tests were carried out using a computer controlled pin-on-disc type tribometer at 25 ºC. The specific wear rate of the nanocomposite Cr3C2-25NiCr coating after PPT is approximately four times less than that of the Cr3C2-25NiCr coating before PPT, indicating that the nanocomposite Cr3C2-25NiCr coating after PPT exhibits better wear resistance. Detailed analysis indicates that the enhanced wear resistance of the nanocomposite Cr3C2-25NiCr coating after PPT is mainly attributed to the formation of an oxide tribolayer and smoother surface, which result from the dense and amorphous microstructure of the coating

Elemental and phase analysis of nanocomposite coatings on basis Ti-Hf-Si-N system received by the vacuum-arc deposition method

Coatings on the basis Ti-Hf-Si-N system were synthesized by vacuum-arc deposition method from the uniflow and separated ion-plasma flow. The morphology, elemental and phase composition of coatings were investigated. The dependence of the characteristics of the coating from the physical and technological parameters of deposition was installed. The two-phase structure of the coating: a substitutional solution (Ti, Hf)N and quasiamorphous silikonitrid α-Si₃N₄ was determined. The factors that determine the compressive stresses in the coatings were considered.Методом вакуумно-дугового осаждения из прямоточного и сепарированного ионно-плазменного потока синтезированы покрытия на основе системы Ti-Hf-Si-N. Исследована морфология, определен элементный и фазовый состав покрытий. Установлена зависимость характеристик покрытий от физико-технологических параметров осаждения. Определена двухфазная структура покрытия: твердый раствор замещения (Ti, Hf)N и квазиаморфный силиконитрид α-Si₃N₄. Рассмотрены факторы, определяющие сжимающие напряжения в покрытиях.Методом вакуумно-дугового осадження з прямоточного і сепарованого іонно-плазмового потоку синтезовані покриття на основі системи Ti-Hf-Si-N. Досліджено морфологію, визначено елементний і фазовий склад покриттів. Встановлено залежність характеристик покриттів від фізико-технологічних параметрів осадження. Визначена двофазна структура покриття: твердий розчин заміщення (Ti, Hf) N і квазіаморфний силіконітрид α-Si₃N₄. Розглянуто чинники, що визначають стискаючі напруження у покриттях

Structures and properties of Ti alloys after double implantation

В работе представлены новые результаты по исследованию структуры и физико-механические свойства приповерхностных слоев титановых сплавов после (W+, Mo+) ионной имплантации и последующего отжига при 550 С в течение 2 ч. Использование обратного рассеяния (RBS) ионов гелия и протонов, сканирующей электронной микроскопии (SEM) с микроанализа (ЭЦП), (WDS), протонов (ионов), индуцированного рентгеновского излучения (PIXE), рентгенофазового анализа (РСА) с геометрии скользящего падения (0,5 град.), измерения нанотвердости и модуля упругости, трения износа (цилиндр-пластины), измерения коррозионная стойкость в солевом растворе, мы исследовали VT-6 образцов, и определяется их сопротивления усталости при циклических нагрузках. Было обнаружено двойное увеличение твердости, снижение износа и увеличение сопротивления усталости, что было связано с формированием малодисперсного нитрида, карбонитрида, и интерметаллидных фаз.The paper presents new results on investigation of structure and physical-mechanical properties of near surface layers of titanium alloys after (W+, Mo+) ion implantation and subsequent thermal annealing under 550 C for 2 h. Using back scattering (RBS) of helium ions and protons, scanning electron microscopy (SEM) with microanalysis (EDS), (WDS), proton (ion) induced X-ray emission (PIXE), X-ray phase analysis (XRD) with a grazing incidence geometry (0.5 angle), measurements of nanohardness and elastic modulus, friction wear (cylinder-plate), measurements of corrosion resistance in a salt solution, we investigated the VT-6 samples, and determined their fatigue resistance under cyclic loads. Double increase of hardness, decrease of wear and increased fatigue resistance were found, which was related to the formation of small dispersion (nanodimension) nitride, carbonitride, and intermetalloid phases

Structures and properties of Ti alloys after double implantation

В работе представлены новые результаты по исследованию структуры и физико-механические свойства приповерхностных слоев титановых сплавов после (W+, Mo+) ионной имплантации и последующего отжига при 550 С в течение 2 ч. Использование обратного рассеяния (RBS) ионов гелия и протонов, сканирующей электронной микроскопии (SEM) с микроанализа (ЭЦП), (WDS), протонов (ионов), индуцированного рентгеновского излучения (PIXE), рентгенофазового анализа (РСА) с геометрии скользящего падения (0,5 град.), измерения нанотвердости и модуля упругости, трения износа (цилиндр-пластины), измерения коррозионная стойкость в солевом растворе, мы исследовали VT-6 образцов, и определяется их сопротивления усталости при циклических нагрузках. Было обнаружено двойное увеличение твердости, снижение износа и увеличение сопротивления усталости, что было связано с формированием малодисперсного нитрида, карбонитрида, и интерметаллидных фаз.The paper presents new results on investigation of structure and physical-mechanical properties of near surface layers of titanium alloys after (W+, Mo+) ion implantation and subsequent thermal annealing under 550 C for 2 h. Using back scattering (RBS) of helium ions and protons, scanning electron microscopy (SEM) with microanalysis (EDS), (WDS), proton (ion) induced X-ray emission (PIXE), X-ray phase analysis (XRD) with a grazing incidence geometry (0.5 angle), measurements of nanohardness and elastic modulus, friction wear (cylinder-plate), measurements of corrosion resistance in a salt solution, we investigated the VT-6 samples, and determined their fatigue resistance under cyclic loads. Double increase of hardness, decrease of wear and increased fatigue resistance were found, which was related to the formation of small dispersion (nanodimension) nitride, carbonitride, and intermetalloid phases