Effect of electrolysis regimes on the structure and properties of coatings on aluminum alloys formed by anode-cathode microarc oxidation

Наведено результати дослідження фазового складу і властивостей МДО-покриттів на алюмінієвих сплавах. Покриття були одержані в лужно-селікатному електроліті на змінному сінусоідальному струмі і в імпульсному режимі струму. Показано, що підвищена щільність мікророзрядів при імпульсної технології збільшує сумарну енергію, що виділяється в них. Це обумовлює підвищення швидкості зростання оксидного покриття і ймовірність утворення α-Al₂O₃ фази. Одержані при мікроплазмове оксидуванні в імпульсному струмовому режимі покриття мають високу твердість і електричну міцніст

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)

Utilization of abrasive water jet for cutting parts of intricate shapes

As early as 1974 the British Hydrodynamic Research Association, BHRA, held the First International Conference on Cutting by Water Jets. The subject was at its early stages. Since then a large amount of research work has been carried out and the process has been greatly developed. In this paper, utilization of water jets for flexible cutting parts of intricate shapes in steel plates and granite is presented and discussed

Utilization of abrasive water jet for cutting parts of intricate shapes

As early as 1974 the British Hydrodynamic Research Association, BHRA, held the First International Conference on Cutting by Water Jets. The subject was at its early stages. Since then a large amount of research work has been carried out and the process has been greatly developed. In this paper, utilization of water jets for flexible cutting parts of intricate shapes in steel plates and granite is presented and discussed

Вплив режимів електролізу на структуру та властивості покриттів на алюмінієвих сплавах, сформованіх при анодно-катодному мікродуговому оксидуванні

The study provides research findings on the effect of current regimes in microplasma oxidation on the phase composition and the properties of oxide coatings on an aluminum alloy. To obtain oxide coatings, micro arc (microplasma) oxidation is carried out in an alkaline-silicate electrolyte with an alternating sinusoidal current and in a pulsed current mode. It has been shown that an increased density of microdischarges in the case of the pulse technology increases the total energy released in them. This produces an increase in the growth rate of the oxide coating and the probability of formation of the α-Al2O3 phase. A linear dependence of the thickness of the coating on the duration of the process time and, accordingly, on the amount of transmitted electricity has been established. It has been found that for a small thickness of the oxide layer, the high rate of heat transfer both to the metal and to the electrolyte promotes the formation of aluminum oxide in the form of the γ-Al2O3 phase. The energy concentration in a thick oxide layer causes the formation of a high-temperature modification of α-Al2O3. It has been shown that the mechanism for the formation of α-Al2O3 is determined by the action of two facts: the difference in the energies of the γ-Al2O3 and α-Al2O3 phases as well as the polymorphic high-temperature transformation of γ-Al2O3→α-Al2O3 in the high-temperature region of a micro arc discharge.The coatings obtained by microplasma oxidation in the pulsed current mode have high hardness (23 GPa) and electrical strength (20 V/μm)Приведены результаты исследования фазового состава и свойств МДО-покрытий на алюминиевых сплавах, полученных в щелочно-селикатном электролите на переменном синусоидальном токе и в импульсном токовом режиме. Показано, что увеличенная плотность микроразрядов в случае импульсной технологии повышает суммарную энергию, выделяемую в них. Это обуславливает повышение скорости роста оксидного покрытия и вероятность образования α-Al2O3 фазы. Полученные при микроплазменном оксидировании в импульсном токовом режиме покрытия имеют высокую твердость и электрическую прочностьНаведено результати дослідження фазового складу і властивостей МДО-покриттів на алюмінієвих сплавах. Покриття були одержані в лужно-селікатному електроліті на змінному сінусоідальному струмі і в імпульсному режимі струму. Показано, що підвищена щільність мікророзрядів при імпульсної технології збільшує сумарну енергію, що виділяється в них. Це обумовлює підвищення швидкості зростання оксидного покриття і ймовірність утворення α-Al2O3 фази. Одержані при мікроплазмове оксидуванні в імпульсному струмовому режимі покриття мають високу твердість і електричну міцніст

Влияние толщины слоев на структуру и свойства бислойных многопериодных покрытий на основе нитрида хрома и нитридов переходных металлов Ti и Mo

The influence of the layers thickness of bilayer multi-period coatings of the CrNx/MoNx and CrNx/TiNx systems on their phase-structural state, substructure, stress-strain state and mechanical properties was studied using methods of precision structural analysis in combination with computer simulation of implantation processes during particle deposition. It is established that a two-phase structure of CrN and -Mo2N phases of the structural type NaCl is formed in the multi-period coatings of the CrNx/MoNx system with a nanometer thickness of the layers. Because of the small difference in periods (less than 0.5 %) for Λ < 20 nm, the layers form a coherent interlayer interface. The use of small Ub = – 20 V during deposition makes it possible to avoid significant mixing at interlayer (interphase) boundaries even at the smallest Λ = 10 nm. Nitride layers formed under conditions of vacuum arc deposition are under the action of compressive stresses. In the СrNх/TiNх system, because of the relatively large discrepancy between periods (more than 2.5 %), during the formation of the same structural components in the layers (CrN and TiN phases of the structural type NaCl), the epitaxial growth with period adjusting does not occur, even for the smallest Λ 10 nm. The action of the deformation factor at the interphase boundary allows achieving an ultrahard state (with a hardness of about 50 GPa), which causes a relatively low friction coefficient. The obtained results on the formation of phase-structural states with the nanoscale thickness of layers of multi-period nitride coatings are explained from the position of minimization of surface energy and deformation energy.Методами прецизійного структурного аналізу в поєднанні з комп’ютерним моделюванням імплантаційних процесів при осадженні прискоренних частинок досліджено вплив товщини шарів двошарових багатоперіодних покриттів систем CrNx/MoNx і СrNх/TiNх на їх структурно фазовий стан, субструктуру, напружено-деформований стан і механічні властивості. Встановлено, що в багатоперіодних покриттях системи CrNx/MoNx нанометровою товщиною шарів формується двофазна структура з CrN і -Mo2N фаз структурного типу NaCl. Через малу різницю в періодах (менше 0,5 %) при Λ < 20 нм шари формують когерентний міжшаровий інтерфейс. Використання при осадженні низької Ub = – 20 В дозволяє уникнути істотного перемішування на міжшарових (міжфазних) границях навіть при найменшому Λ = 10 нм. Нітридні шари, які формуються в умовах вакуумно-дугового осадження знахо- дяться під дією напружень стиснення. В системі СrNх/TiNх через відносно велику невідповідності періодів (понад 2,5 %) при формуванні однотипних структурних складових в шарах (CrN і TiN фази структурного типу NaCl) епітаксіального зростання з пристосуванням періодів не відбувається навіть при найменшому Λ = 10 нм. Дія при цьому деформаційного фактора на міжфазній границі дозволяє досягти надтвердого стану (з твердістю близько 50 ГПа), що обумовлює відносно низький коефіцієнт тертя. Отримані результати по формуванню структурно фазових станів при нанорозмірній товщині шарів багатоперіодних нітридних покриттів пояснені з позиції мінімізації поверхневої енергії та енергії деформації.Методами прецизионного структурного анализа в сочетании с компьтерным моделированием имплантационных процессов при осаждении ускоренных частиц изучено влияние толщины слоев бислойных многопериодных покрытий систем CrNx/MoNx и СrNх/TiNх на их фазово-структурное состояние, субструктуру, напряженно-деформированное состояние и механические свойства. Установлено, что в многопериодных покрытиях системы CrNx/MoNx с нанометровой толщиной слоев формируется двухфазная структура из CrN и -Mo2N фаз структурного типа NaCl. Из-за малой разницы в периодах (менее 0,5 %) при Λ < 20 нм слои формируют когерентный межслоевой интерфейс. Использование при осаждении малого Ub = – 20 В позволяет избежать существенного перемешивания на межслоевых (межфазных) границах даже при самом малом Λ = 10 нм. Формируемые в условиях вакуумно-дугового осаждения нитридные слои находятся под действием напряжений сжатия. В системе СrNх/TiNх из-за относительно большого несоответствия периодов (более 2,5 %) при формировании однотипных структурных составляющих в слоях (CrN и TiN фазы структурного типа NaCl) эпитаксиального роста с подстраиванием периодов не происходит даже при самом малом Λ = 10 нм. Действие при этом деформационного фактора на межфазной границе позволяет достичь сверхтвердого состояния (с твердостью около 50 ГПа), что обуславливает относительно низкоий коэффициент трения. Полученные результаты по формированию фазово-структурных состояний при наноразмерной толщине слоев многопериодных нитридных покрытий объяснены с позиции минимизации поверхностной энергии и энергии деформации

Структура и свойства вакуумно дуговых покрытий хрома и его нитридов, полученных в условиях действия постоянного и импульсного высоковольтного потенциалов смещения

To reveal the regularities of structural engineering of vacuum-arc coatings based on chromium and its nitrides, the influence of the main physicotechnological factors (the pressure of the nitrogen atmosphere and the bias potential) in the formation of coatings was studied. It was discovered that during the deposition of chromium coatings the formation of the texture axis [100], as well as the macrodeformation of compression is happening. The supply of a high-voltage negative pulse potential to the substrate increases the mobility of the deposited atoms and leads to relaxation of the compression deformation. As the pressure increases from 2∙10 – 5 Torr to 4.8∙10 – 3 Torr, the phase composition of the coatings changes: Cr (JCPDS 06- 0694) → Cr2N(JCPDS 35-0803) → CrN(JCPDS 11-0065). The supply of high-voltage pulses leads to the formation of a texture of crystallites with parallel growth surfaces planes having d ≈ 0.14 nm. The structure obtained by pulsed high-voltage action makes it possible to increase the hardness of the coating to 32 GPa and reduce the friction coefficient to 0.32 in the "chromium nitride-steel" system and to 0.11 in the "chromium nitride-diamond" system. The results obtained are explained from the viewpoint of increasing the mobility of atoms and the formation of cascades of displacements when using an additional high-voltage potential in the pulse form during the deposition of chromium-based coatings.Для виявлення закономірностей структурної інженерії вакуумно-дугових покриттів на основі хрому та його нітридів досліджено вплив основних фізико-технологічних факторів (тиск азотної атмосфери і потенціал зсуву) при формуванні покриттів. Встановлено, що при осадженні покриттів хрому відбувається формування: осі текстури [100], а також макродеформацій стиснення. Подача високовольтного негативного імпульсного потенціалу на підкладку підвищує рухливість атомів, що осаджуються і призводить до релаксації деформації стиснення. Зі збільшенням тиску від 2∙10– 5 Торр до 4,8∙10 – 3 Торр фазовий склад покриттів змінюється: Cr (JCPDS 06-0694) → Cr2N (JCPDS 35-0803) → CrN (JCPDS 11-0065). Подача високовольтних імпульсів призводить до формування текстури кристаллитов з паралельними поверхні зростання площинами які мають d ≈ 0.14 нм. Одержана при імпульсному високовольтному впливі структура дозволяє підвищити твердість покриття до 32 ГПа і знизити коефіцієнт тертя до 0.32 в системі «нітрид хрому – сталь» і до 0.11 в системі «нітрид хрому – алмаз». Одержані результати пояснені з позиції підвищення рухливості атомів і утворення каскадів зміщення при використанні в процесі осадження покриттів на основі хрому додаткового високовольтного потенціалу в імпульсної формі.Для установления закономерностей структурной инженерии вакуумно-дуговых покрытий на ос- нове хрома и его нитридов изучено влияние основных физико-технологических факторов (давление азотной атмосферы и потенциал смещения) при формировании покрытий. Установлено, что при оса- ждении покрытий хрома происходит формирование оси текстуры [100], а также макродеформации сжатия. Подача высоковольтного отрицательного импульсного потенциала на подложку повышает подвижность осаждаемых атомов и приводит к релаксации деформации сжатия. С увеличением дав- ления от 2∙10 – 5 Торр до 4,8∙10 – 3 Торр фазовый состав покрытий изменяется: Cr (JCPDS 06-0694) → Cr2N(JCPDS 35-0803) → CrN(JCPDS 11-0065). Подача высоковольтных импульсов приводит к форми- рованию текстуры кристаллитов с параллельными поверхности роста плоскостями имеющими d ≈ 0.14 нм. Полученная при импульсном высоковольтном воздействии структура позволяет повысить твердость покрытия до 32 ГПа и понизить коэффициент трения до 0.32 в системе «нитрид хрома – сталь» и до 0.11 в системе «нитрид хрома – алмаз». Полученные результаты объяснены с позиции повышения подвижности атомов и образования каскадов смещений при использовании в процессе осаждения покрытий на основе хрома дополни- тельного высоковольтного потенциала в импульсной форме