Synthesis and characterisation of nanocrystalline ZrN PVD coatings on AISI 430 stainless steel

The nanocrystalline films of zirconium nitride have been synthesized using ion-plasma vacuum-arc deposition technique in combination with high-frequency discharge (RF) on AISI 430 stainless steel at 150oC. Structure examinations X-ray fluorescent analysis (XRF), X-ray diffraction analysis (XRD), scanning electron microscopy (SEM) with microanalysis (EDS), and transmission electron microscopy (TEM), nanoidentation method – were performed to study phase and chemical composition, surface morphology, microstructure and nanohardness of coatings. The developed technology provided low-temperature coatings synthesis, minimized discharge breakdown decreasing formation of macroparticles (MPs) and allowed to deposit ZrN coatings with hardness variation 26.6…31.5 GPa. It was revealed that ZrN single-phase coatings of cubic modification with finecrystalline grains of 20 nm in size were formed

Anti-corrosion ceramic coatings on the surface of Nd-Fe-B repelling magnets

The results of vacuum-arc deposition of thin ZrO₂coatings to protect the surface of Nd-Fe-B permanent magnets used as repelling devices in orthodontics are presented. The structure, phase composition and mechanical properties of zirconium dioxide films have been investigated by means of SEM, XRD, EDX, XRF and nanoindentation method. It was revealed the formation of polycrystalline ZrO₂ films of monoclinic modification with average grain size 25 nm. The influence of the ZrO₂ coating in terms of its barrier properties for corrosion in quasi-physiological 0.9 NaCl solution has been studied. Electrochemical measurements indicated good barrier properties of the coating on specimens in the physiological solution environment

Математична оцінка неоднорідності структури ріжучого інструмента, зміцненого покриттям CrN

Problem. Nuts grinding in the processing industry is produced with steel disk knives which have an insufficient durability of 1-2 turns. In order to increase the cutting tool operational stability, the hardening implementation is reasonable. The conducted industrial tests show that the service life of the tool reinforced by different methods differs.   Among the reasons for the different operational resistance there are structural heterogeneity and nonequilibrium state of the phases of the deposited film coatings. Goal of our study consists in application of a new mathematical approach to estimate the heterogeneity degree of various structural components of a hardened cutting tool CrN surface operating under the local influence of abrasive particles. Methodology. An estimation of the degree of the hardening coatings structural heterogeneity is carried out with an optical-mathematical method. Results. A comparative analysis of features of the hardened tool surface structure formation with the initial state of the knife is performed. The proposed method makes it possible to establish that the degree of structural heterogeneity is 47 % lower for a tool with 3 μm thick CrN coating. Originality. Influence of the technology of tool hardening on tools' structure formation is determined. It is shown that cyclic coating of the tool surface prevents the diffusion of chemical elements from the base of the knife and reduces structural changes as compared to the initial state. The proposed method for describing the prints formation in the nanoindentification of coatings allowes one to estimate the behavior of the hardened layer deformation, which is important in understanding the performance of coating during operation. Practical value. A detailed analysis of the structures formed in the deposited layer made via the optical-mathematical method makes it possible to predict the development of the damageability of a hardened tool with different thicknesses of CrN coatingПроведены исследования степени структурной неоднородности покрытия CrN  при помощи оптико-математического метода. Выполнен сопоставительный анализ особенностей структурообразования упрочненной поверхности инструмента с исходным состоянием ножа. Предложенным методом описания формирования отпечатков при наноиндентировании покрытий оценен характер деформации упрочненного слоя, который является важным при оценке поведения покрытия в процессе эксплуатацииПодрібнення горіхів у переробному виробництві здійснюється сталевими дисковими ножами, довговічність яких є недостатньою і становить 1–2 зміни. Для підвищення експлуатаційної стійкості ріжучого інструмента доцільно проводити зміцнення. Промислові випробування показали, що термін служби зміцненого різними способами інструмента відрізняється. Одним з факторів відмінної експлуатаційної стійкості є структурна неоднорідність і нерівноважний стан фаз нанесених плівкових покриттів. Використання нового математичного підходу для оцінки ступеня неоднорідності різних структурних складових зміцненої покриттям CrN поверхні ріжучого інструмента, що працює в умовах локального впливу абразивних частинок. Оцінку ступеня структурної неоднорідності зміцнювальних покриттів проводили з використанням розробленого оптико-матема­тич­ного методу. Виконано порівняльний аналіз особливостей структуроутворення зміцненої поверхні інструмента з вихідним станом ножа. Запропоновано новий метод циклічного нанесення покриття, який дозволив встановити, що ступінь структурної неоднорідності на 47 % нижче в інструмента з покриттям CrN (товщиною 3 мкм). Визначено вплив технології зміцнення інструмента на його структуроутворення. Встановлено, що циклічне нанесення покриттів на поверхню ножа перешкоджає дифузії хімічних елементів з основи, зменшує схильність до структурних змін при експлуатації порівняно з вихідним станом. Методом опису структуроформування навколо відбитків при наноіндентуванні покриттів оцінено характер деформації циклічно зміцненого шару, який є важливим при оцінюванні поведінки покриття у процесі експлуатації. Детальний аналіз сформованих структур нанесеного шару з використанням оптико-математичного методу дозволяє прогнозувати зміну фазових складових та розвиток пошкоджуваності зміцненого інструмента з різною товщиною покриття CrN.