Effect of Composition on Structure and Mechanical Properties of Ion-plasma Coatings of Quasi-binary System TiB2-WB2

For ion-plasma coatings of quasi-binary system TiB2‑WB2 the influence of composition on structure and adhesion strength has been analyzed. It has been determined, that the content of boron atoms in the coating increases with the increase of concentration of Ti, and the phase of (Ti, W)B2 is formed. Meanwhile, the strong bond Ti‑B, which is formed, leads to an increase of brittleness of the coatings. The greatest resistance to brittle cracks formation was inherent to the coatings with high W content in which the main phase is b-(W, Ti)B

Structure, Substructure, Hardness and Adhesion Strength of Multiperiod Composite Coatings MoN / CrN

A comprehensive study of the influence of the thickness of the layers, Us and PN on the structural engineering to obtain high mechanical properties in multilayer composite MoN / CrN vacuum-arc coatings has been conducted by means of scanning electron microscopy with energy analysis, X-ray diffraction studies microindentation and scratch testing methods. It has been determined that in the studied PN (2- 30) 10 – 4 Torr, the content of nitrogen in the coatings varies from 6.3 to 33 at. %, which leads even at the greatest nitrogen content to the formation of lower phase by nitrogen, -Mo2N and isostructural CrN with the vacant sites in the nitrogen sublattice. The increase of thickness of the layers applied on the substrate in a stationary state promotes the increase of nitrogen content. Along with this, the lowest microdeformation and the average size of crystallites are formed at Ub – 300 V, which defines the achievement of greater hardness of 35 GPa and high adhesion strength, which resists the destruction, Lc5 187.6 N

Influence of the magnitude of the bias potential and thickness of the layers on the structure, substructure, stress-deformed state and mechanical characteristics of vacuum-arc multi-layered (TiMo)N/(TiSi)N coatings

Layers based on titanium nitride doped with molybdenum and silicon were used to create a multilayer composite. In this case, the mismatch between the lattice periods of (TiMo)N and (TiSi)N layers was about 1%. It was found that in the (TiMo)N/(TiSi)N multilayer composite, such a mismatch of the periods in the constituent layers does not change the single-phase state of the composite even at relatively large layer thicknesses (about 350 nm). The creation of a (TiMo)N/(TiSi)N composite with a nanometer layer thickness allows one to reduce the magnitude of macrostresses (a large value of which is characteristic of single-layer (TiMo)N coatings) and change the substructural characteristics in a wide range of values. It has been established that the use of multi-element (TiMo)N and (TiSi)N layers in a multilayer coating design allows one to achieve a high-hard state with high adhesive strength and good tribological characteristics. The highest properties (hardness – 34.8 GPa and adhesive strength - 166.09 N) were achieved in coatings obtained at Ub = -200 V and a layer thickness of 80 nm, which are characterized by compression macrostresses of 7.85 GPa and microstrains - 0.75%.Для створення багатошарового композиту використані шари на основі нітриду титану, легованого молібденом і кремнієм. При цьому невідповідність періодів решіток (TiMo)N- і (TiSi)N-шарів становила близько 1%. Встановлено, що в багатошаровому композиті (TiMo)N/(TiSi)N така невідповідність періодів у складових шарах не змінює однофазного стану композиту навіть при відносно великих товщинах шарів (близько 350 нм). Створення (TiMo)N/(TiSi)N-композиту з нанометровою товщиною шарів дозволяє зменшити величину макронапружень (більша величина яких властива одношаровим (TiMo)N-покриттям) і в широкому інтервалі значень змінювати субструктурні характеристики. Встановлено, що використання багатоелементних (TiMo)N- і (TiSi)N-шарів при багатошаровому дизайні покриттів дозволяє досягти високотвердого стану з високою адгезійною міцністю і гарними трибологічними характеристиками. Найбільш високі властивості (твердість – 34,8 ГПа і адгезійна міцність – 166,09 Н) були досягнуті в покриттях, отриманих при Ub= -200 В і товщині шару 80 нм, для яких характерна величина макронапружень стиску 7,85 ГПа і мікродеформації – 0,75%.Для создания многослойного композита использованы слои на основе нитрида титана, легированного молибденом и кремнием. При этом несоответствие периодов решеток (TiMo)N- и (TiSi)N-слоев составило около 1%. Установлено, что в многослойном композите (TiMo)N/(TiSi)N такое несоответствие периодов в составляющих слоях не изменяет однофазного состояния композита даже при относительно больших толщинах слоев (около 350 нм). Создание (TiMo)N/(TiSi)N-композита с нанометровой толщиной слоев позволяет уменьшать величину макронапряжений (большая величина которых свойственна однослойным (TiMo)N-покрытиям) и в широком интервале значений изменять субструктурные характеристики. Установлено, что использование многоэлементных (TiMo)N- и (TiSi)N-слоев при многослойном дизайне покрытий позволяет достичь высокотвердого состояния с высокой адгезионной прочностью и хорошими трибологическими характеристиками. Наиболее высокие свойства (твердость – 34,8 ГПа и адгезионная прочность – 166,09 Н) были достигнуты в покрытиях, полученных при Ub = -200 В и толщине слоя 80 нм, для которых характерна величина макронапряжений сжатия 7,85 ГПа и микродеформации - 0.75%

Structure and mechanical properties of nitride multilayer systems on the basis of high entropy alloys and transition metals of group VI

The influence of technological parameters of obtaining on the possibilities of structural engineering and mechanical properties of multi-layer compositions of the layers of nitrides of high entropy alloy Ti-Zr-Nb-Ta-Hf and of transition metal (Group IV) nitrides has been analysed. It is shown that with the bias potential Ub lesser than -150 V was applied to the substrate during deposition, a two-phase state with the preferred orientation of the crystallites can be reached in multilayer coatings with the thickness of the layers of 50 nm. This leads to high hardness (up to 44 GPa) and to high adhesion strength (critical load up to 125 N) as well as to low wear (with a counterbody Al₂O₃, and with steel Ac100Cr6). High-temperature annealing (700 °C) of such coatings leads to enhanced texture as a result of atomic ordering, which is accompanied by increasing of hardness up to 59 GPa. The supply of bias potential exceeding 150 V, followed by a substantial mixing at the interphase boundary results in disorientation and improves dispersion of the crystallites, reduces hardness and wear resistance. High temperature annealing of such structures leads to reduction of their mechanical properties.Проанализировано влияние технологических параметров получения на возможности структурной инженерии и механические свойства многослойных композиций из слоев нитридов высокоэнтропийных сплавов Ti-Zr-Nb-Ta-Hf и нитридов переходных металлов VI группы. Показано, что при потенциале смещения Us менее -150 В, подаваемом на подложку при осаждении, в многослойных покрытиях с толщиной слоев около 50 нм можно достичь двухфазного состояния с преимущественной ориентацией кристаллитов, что обуславливает высокую твердость (до 44 ГПа) и одновременно высокую адгезионную прочность (критическая нагрузка до 125 Н), а также низкий износ (как с контртелом Al₂O₃, так и со сталью Ac100Cr6). Высокотемпературный отжиг (700 °С) таких покрытий приводит к усилению текстуры в результате атомарного упорядочения, что сопровождается ростом твердости до 59 ГПа. Подача потенциала смещения, превышающего 150 В, сопровождается существенным перемешиванием на межфазной границе, что приводит к разориентации и повышению дисперсности кристаллитов, уменьшению твердости и износостойкости. Высокотемпературный отжиг таких структур приводит к снижению механических свойств.Проанализировано влияние технологических параметров получения на возможности структурной инженерии и механические свойства многослойных композиций из слоев нитридов высокоэнтропийных сплавов Ti-Zr-Nb-Ta-Hf и нитридов переходных металлов VI группы. Показано, что при потенциале смещения (Us) менее -150 В, подаваемом на подложку при осаждении, в многослойных покрытиях с толщиной слоев около 50 нм можно достичь двухфазного состояния с преимущественной ориентацией кристаллитов, что обусловливает высокую твердость (до 44 ГПа) и одновременно высокую адгезионную прочность (критическая нагрузка до 125 Н), а также низкий износ (как с контртелом Al₂O₃, так и со сталью Ac100Cr6). Высокотемпературный отжиг (700 °С) таких покрытий приводит к усилению текстуры в результате атомарного упорядочения, что сопровождается ростом твердости до 59 ГПа. Подача потенциала смещения, превышающего 150 В, сопровождается существенным перемешиванием на межфазной границе, что приводит к разориентации и повышению дисперсности кристаллитов, уменьшению твердости и износостойкости. Высокотемпературный отжиг таких структур приводит к снижению механических свойств

Structural engineering of NbN/Cu multilayer coatings by changing the thickness of the layers and the magnitude of the bias potential during deposition

To determine the patterns of structural engineering of vacuum-arc coatings based on niobium nitride in the NbN/Cu multilayer composition, the effect of layer thickness and bias potential on the structural-phase state and physico-mechanical characteristics of vacuum-arc coatings was studied. It was found that the metastable δ-NbN phase (cubic crystal lattice, structural type NaCl) is formed in thin layers (about 8 nm thick) regardless of Ub. With a greater thickness of the layers of niobium nitride (in the multilayer NbN/Cu composition), the phase composition changes from metastable δ-NbN to the equilibrium ε-NbN phase with a hexagonal crystal lattice. An increase in the bias potential during deposition from -50 to -200 V mainly affects the change in the preferential orientation of crystallite growth. The highest hardness (28.2 GРa) and adhesive resistance is achieved in coatings obtained at Ub = -200 V with the smallest ayer thickness. The highest hardness corresponds to the structurally deformed state in which the crystallite texture is formed with the [100] axis perpendicular to the growth surface, as well as a large microstrain (1.5%) in crystallites.Для визначення закономірностей структурної інженерії вакуумно-дугових покриттів на основі нітриду ніобію в багатошарової композиції NbN/Cu досліджено впливи товщини шарів і потенціалу зсуву на структурно-фазовий стан і фізико-механічні характеристики вакуумно-дугових покриттів. Встановлено, що в тонких шарах (товщиною близько 8 нм) незалежно від Ub відбувається формування метастабільної δ-NbN-фази (кубічна кристалічна решітка, структурний тип NaCl). При більшій товщині шарів нітриду ніобію (у багатошаровій композиції NbN/Cu) відбувається зміна фазового складу від метастабільної δ-NbN-фази до рівноважної ε-NbN-фази з гексагональною кристалічною решіткою. Збільшення потенціалу зсуву при осадженні від -50 до -200 В в основному впливає на зміну переважної орієнтації зростання кристалітів. Найбільша твердість (28,2 ГПа) і адгезійна стійкость досягаються в покриттях, отриманих при Ub = -200 В i найменшій товщині шарів. Найбільшій твердості відповідає структурно-деформований стан, при якому формується текстура кристалітів з віссю [100], перепендикулярною поверхні зростання, а також велика мікродеформація (1,5%) у кристалітах.Для определения закономерностей структурной инженерии вакуумно-дуговых покрытий на основе нитрида ниобия в многослойной композиции NbN/Cu изучены влияния толщины слоев и потенциала смещения на структурно-фазовое состояние и физико-механические характеристики вакуумно-дуговых покрытий. Установлено, что в тонких слоях (толщиной около 8 нм) вне зависимости от Ub происходит формирование метастабильной δ-NbN-фазы (кубическая кристаллическая решетка, структурный тип NaCl). При большей толщине слоев нитрида ниобия (в многослойной композиции NbN/Cu) происходит изменение фазового состава от метастабильной δ-NbN-фазы до равновесной ε-NbN-фазы с гексагональной кристаллической решеткой. Увеличение потенциала смещения при осаждении от -50 до -200 В в основном влияет на изменение преимущественной ориентации роста кристаллитов. Наибольшая твердость (28,2 ГПа) и адгезионная стойкость достигаются в покрытиях, полученных при Ub = -200 В и наименьшей толщине слоев. Наибольшей твердости соответствует структурно-деформированное состояние, при котором формируется текстура кристаллитов с осью [100], перепендикулярной поверхности роста, а также большая микродеформация (1,5%) в кристаллитах

LHC as πp\pi p and ππ\pi\pi Collider

We propose an experiment at the LHC with leading neutron production.The latter can be used to extract from it the total $\pi^+ p$ cross-sections. With two leading neutrons we can get access to the total $\pi^+\pi^+$ cross-sections. In this note we give some estimates and discuss related problems and prospects.Comment: 22 pages, 18 figures, 8 tables, to be publishe

Structure, Substructure, Hardness and Adhesion Strength of Multiperiod Composite Coatings MoN / CrN

A comprehensive study of the influence of the thickness of the layers, Us and PN on the structural engineering to obtain high mechanical properties in multilayer composite MoN / CrN vacuum-arc coatings has been conducted by means of scanning electron microscopy with energy analysis, X-ray diffraction studies microindentation and scratch testing methods. It has been determined that in the studied PN (2- 30) 10 – 4 Torr, the content of nitrogen in the coatings varies from 6.3 to 33 at. %, which leads even at the greatest nitrogen content to the formation of lower phase by nitrogen, -Mo2N and isostructural CrN with the vacant sites in the nitrogen sublattice. The increase of thickness of the layers applied on the substrate in a stationary state promotes the increase of nitrogen content. Along with this, the lowest microdeformation and the average size of crystallites are formed at Ub – 300 V, which defines the achievement of greater hardness of 35 GPa and high adhesion strength, which resists the destruction, Lc5 187.6 N

The use of plasma-based deposition with ion implantation technology to produce superhard molybdenum-based coatings in a mixed (C₂H₂+N₂) atmosphere

The influence of the pressure of a mixed gaseous atmosphere (80%C₂H₂+20%N₂) and the supply of a high-voltage negative potential in a pulsed form on the elemental and phase composition, structure and physico-mechanical characteristics of the vacuum-arc molybdenum-based coatings. It is shown that in the temperature deposition range 400…550 °С as a result of plasma-chemical reactions, the maximum nitrogen atoms content in the coating does not exceed 1.5 at.%. It is found, that at the maximum pressure of Р(C₂H₂+N₂)= 2.3∙10⁻¹ Pа when the γ-MoC phase is formed, an superhard state of 50.5 GPa (at a constant potential -200 V, without additional high-voltage pulse action) and 51.1 GPa (at a constant potential -200 V, with additional high-voltage pulse action) is reached.Для вакуумно-дугових покриттів на основі молібдену досліджено вплив тиску змішаної газової атмосфери (80%C₂H₂+20%N₂) і високовольтного негативного потенціалу (подається на підкладку в імпульсної формі) на елементний і фазовий склад, структуру і фізико-механічні характеристики формованого матеріалу. Показано, що в температурному інтервалі підкладки при осадженні 400…550 °С в результаті плазмохімічних реакцій максимальний вміст атомів азоту в покритті не перевищує 1,5 ат.%. Виявлено, що при найбільшому тиску Р(C₂H₂+N₂)= 2.3∙10⁻¹ Па, коли формується фаза γ-MoC, досягається надтверде стан 50,5 ГПа (при постійному потенціалі -200 В, без додаткового високовольтного імпульсного потенціалу) і 51,1 ГПа (при постійному потенціалі -200 В, з додатковим високовольтним імпульсним потенціалом).Для вакуумно-дуговых покрытий на основе молибдена изучено влияние давления смешанной газовой атмосферы (80%C₂H₂+20%N₂) и высоковольтного отрицательного потенциала (подаваемого на подложку в импульсной форме) на элементный и фазовый состав, структуру и физико-механические характеристики формируемого материала. Показано, что в температурном интервале подложки при осаждении 400…550 °С в результате плазмохимических реакций максимальное содержание атомов азота в покрытии не превышает 1,5 ат.%. Выявлено, что при наибольшем давлении Р(C₂H₂+N₂)= 2.3∙10⁻¹ Па, когда формируется фаза γ-MoC, достигается сверхтвердое состояние 50,5 ГПа (при постоянном потенциале -200 В, без дополнительного высоковольтного импульсного потенциала) и 51,1 ГПа (при постоянном потенциале -200 В, с дополнительным высоковольтным импульсным потенциалом)

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 methods. It is ascertained that applying a high (up to –500 V) bias voltage leads to a selective sputtering of target as well as significant microdeformation of the coating, small-sized growth of crystallites, and their preferred orientation along the [110] direction. In this case, the coating deposited has a low hardness H = 6.95 GPa and propensity to intense wear under scratch and tribological tests. Crystallites with stoichiometric composition ~140 nm in size and [111] preferred orientation perpendicular to the surface of growth are formed at the bias potential about –200 V, and superhard (H = 49.5 GPa) and wear-resistant coatings are grown under such conditions. The mechanisms of formation of the structure of multielement coatings are discussed. It is shown that for- mation of an amorphous phase and nanocrystal [110] texture takes place at a high bias potential owing to the process of radiation-stimulated selective spraying of the target. Formation of microstrained crystallites 10 nm in size caused by the weakening of interatomic bonds is observed in the coating under such deposition condi- tions, and it leads to the decrease in coating hardness and fast destruction during tribological testing. Sub- stantial bias voltage dependence of deposited coating properties is established in our investigations

The measurement of commitment to work

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/43493/1/11111_2004_Article_BF00972537.pd