Nitriding in a helicon discharge as a promising technique for changing the surface properties of steel parts

The main types of state-of-the-art nitriding technologies, their advantages and disadvantages are considered. An innovative technology of ion nitriding in high-frequency helicon-discharge plasma is proposed. The hardening of steel samples via ion nitriding in a helicon discharge is experimentally revealed that (in a wide rangeof operating parameters) allows us to have an influence on the process of diffusion saturation with nitrogen atoms. The results of microhardness measurements along the depth of nitrided steel samples are presented (the steel grade is C45 according to the European standard EN 10027). The possibility of controlling the gradient of the tribotechnical properties of friction parts by changing the parameters of the technological process of ion nitriding in a helicon discharge is shown.Розглянуто основні типи сучасних технологій азотування, їхні переваги та недоліки. Запропоновано інноваційну технологію йонного азотування у плазмі високочастотного геліконного розряду для зміцнення поверхні та приповерхневих шарів деталів, які працюють в умовах тертя ковзання. Експериментально встановлено зміцнення поверхневих і приповерхневих шарів крицевих зразків методом йонного азотування у геліконному розряді, який (у широкому діапазоні параметрів функціонування) уможливлює вплив на перебіг процесу дифузійного насичення атомами Нітроену. Подано результати міряння мікротвердости за глибиною азотованих зразків криці (C45 за європейським маркуванням криць). Показано можливість регулювання градієнта триботехнічних властивостей деталів тертя шляхом зміни параметрів технологічного процесу йонного азотування у геліконному розряді.Рассмотрены основные типы современных технологий азотирования, их преимущества и недостатки. Предложена инновационная технология ионного азотирования в плазме высокочастотного геликонного разряда для упрочнения поверхности и приповерхностных сло в деталей, работающих в условиях трения скольжения. Экспериментально установлено упрочнение стальных образцов методом ионного азотирования в геликонном разряде, который (в широком диапазоне параметров функционирования) позволяет влиять на протекание процесса диффузионного насыщения атомами азота. Представлены результаты измерения микротв рдости по глубине азотированных образцов стали (C45 по европейской маркировке сталей). Показана возможность регулирования градиента триботехнических свойств деталей трения пут м изменения параметров технологического процесса ионного азотирования в геликонном разряде

Structure and optical properties of AlN films obtained using the cathodic arc plasma deposition technique

Aluminum nitride (AlN) film coatings have been obtained by a new technique of hybrid helikon-arc ion-plasma deposition. Possibility to combine the magnetic-filtered arc plasma deposition technique with a treatment in RF plasma of helicon discharge allowed us to deposit AlN coatings on thermolabile substrates, significantly increasing the deposition rate. A study of spectral properties of AlN films (reflection and transmission spectra within the range 2…25 µm) has been carried out by using the infrared Fourier spectrometer Spectrum BX-II. It has been shown that the obtained composite structures (AlN coatings on teflon and mylar substrates) could be used as passive filters in the infrared spectral range

Formation of Nanostructured Relief of TiN—Fe Heterostructures in Hybrid Helicon-Arc Plasma Reactor

The features of the physical mechanisms of controlled ion-plasma formation of the new functional nanomaterials are investigated. The technological regimes of formation of functional nanostructured materials under combined impact of several plasma sources are investigated; the structural and electrical properties of the obtained TiN films are studied. The structures of films are studied with scanning tunnelling microscope JSPM-4500/4610 interlocked with an atomic force microscope. As shown, the optimized helicon-arc reactor demonstrates the unique properties and provides controlled low-temperature formation of the dense regular TiN nanostructures with the sizes from a few to tens of nanometres.Вивчено особливості фізичних механізмів керованого йонно-плазмового формування нових функціональних наноматеріялів. Відпрацьовано технологічні режими формування функціональних наноструктурованих матеріялів за спільної роботи кількох джерел плазми; вивчено структурні та електрофізичні особливості одержаних плівок TiN. Структури плівок досліджено на сканівному тунельному мікроскопі JSPM-4500/4610, зблокованому з атомним силовим мікроскопом. Встановлено, що оптимізований гелікон-дуговий реактор демонструє унікальні властивості і забезпечує кероване низькотемпературне формування щільних упорядкованих наноструктур TiN з розмірами від одиниць до десятків нанометрів.Изучены особенности физических механизмов управляемого ионно-плазменного формирования новых функциональных наноматериалов. Отработаны технологические режимы формирования функциональных наноструктурированных материалов при совместной работе нескольких источников плазмы; изучены структурные и электрофизические особенности полученных плёнок TiN. Структуры плёнок исследованы на сканирующем туннельном микроскопе JSPM-4500/4610, сблокированном с атомным силовым микроскопом. Установлено, что оптимизированный геликонно-дуговой реактор демонстрирует уникальные свойства и обеспечивает управляемое низкотемпературное формирование плотных упорядоченных наноструктур TiN с размерами от единиц до десятков нанометров

Сontrolling parameters determining technological properties of a helicon discharge system

In experiments on two helicon sources driven by a planar antenna, it is shown that the plasma density in the drift chamber and the energies and density of the ion flux onto the substrate holder can be effectively controlled by changing the local magnetic field and the holder potential.Експериментами на двох геліконних джерелах з плоскою збуджуючою антеною показано, что густиною плазми в дрейфовій камері та енергіями і густиною іонного потоку на підкладинкотримач можна ефективно керувати зміненням локального магнітного поля і потенциалу тримача.Экспериментами на двух геликонных источниках с плоской возбуждающей антенной показано, что плотностью плазмы в дрейфовой камере и энергиями и плотностью ионного потока на подложкодержатель можно эффективно управлять изменением локального магнитного поля и потенциала держателя