Comparative Characteristics of Stress and Structure of TiN and Ti0.5-xAl0.5YxN Coatings Prepared by Filtered Vacuum-Arc PIIID Method

A comparative study of the structure and stress state of Ti0.5-xAl0.5YxN and TiN coatings deposited under identical conditions from the filtered vacuum-arc plasma under high voltage pulsed bias potential on the substrate was carried out. It was found that for Ti0.5Al0.5N coatings the dependence of the residual stress on the amplitude of the pulsed voltage potential is non-monotonic with a minimum when the amplitude is of 1 kV. As for TiN films, a monotonic decrease in the level of residual stresses takes place when the amplitude of the potential is increased in the range 0-2.5 kV. Non-monotonic dependence for multicomponent coatings Ti-Al-Y-N may occur due to the possibility of phase transition associated with the decay of the supersaturated solid solution (Ti,Al)N stimulated by high energy ion bombardment. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3491

Intrinsic stress formation in multi-component coatings produced by plasma ion deposition in modes of DC and pulse bias potentials

In the model of nonlocal thermoelastic peak of low-energy ion a formula for intrinsic stress in multi-component material deposited from mixed beam of differently charged ions in modes of DC and pulse bias potentials is derived. Calculation of intrinsic stress σ depending on bias potential U in coating Cr-Al-N deposited from mixed ion beam Cr(50%)Al(50%) is executed at different modes and substrate temperatures T₀. It is shown that maximum of σ(U) in pulse bias potential mode shifts towards higher U as compared with DC mode whereas increase of T₀ leads to opposite effect.У рамках моделі нелокального термопружного піка низькоенергетичного іона отримана формула для внутрішніх напружень у багатокомпонентному матеріалі, що осаджується зі змішаного пучка різнозаряджених іонів у режимах постійного й імпульсного потенціалів. Проведено розрахунок залежності внутрішніх напружень σ від потенціалу зміщення U у покритті Cr-Al-N, що осаджується зі змішаного потоку Cr(50%)Al(50%) іонів при різних режимах і температурах осадження T₀. Показано. що в режимі імпульсного потенціалу максимум кривої σ(U) зміщується у бік більших значень U, у порівнянні з режимом постійного потенціалу. Підвищення T₀ веде до зворотного ефекту.В рамках модели нелокального термоупругого пика низкоэнергетического иона получена формула для внутренних напряжений в многокомпонентном материале, осаждаемом из смешанного пучка разнозаряженных ионов в режимах постоянного и импульсного потенциалов. Проведен расчет зависимости внутренних напряжений σ от потенциала смещения U в покрытии Cr-Al-N, осаждаемом из смешанного потока Cr(50%)Al(50%) ионов при различных режимах и температурах осаждения T₀. Показано, что в режиме импульсного потенциала максимум кривой σ(U) смещается в сторону больших значений U, по сравнению с режимом постоянного потенциала. Повышение T₀ ведет к обратному эффекту

Optimization of the magnetic system of a vacuum-arc plasma source with a straight line filter

The vacuum-arc plasma source with a rectilinear filter has been optimized for deposition of coatings on large size products. The calculations of the magnetic configuration options of the system were performed by using the FEMM program. New design of the output coil of the filter allows increase by 1.3 times the efficiency of plasma transportation to the substrate with a diameter of 300 mm. Plasma instabilities are proposed for the explanation the features of the motion of vacuum-arc plasma through the regions of an inhomogeneous magnetic field in a rectilinear macroparticles filter with a “magnetic island”.Проведено оптимізацію вакуумно-дугового джерела плазми з прямолінійним фільтром для нанесення покриттів на великогабаритні вироби. Розрахунки варіантів магнітної конфігурації системи проводилися з використанням програми FEMM. Нова конструкція вихідної котушки фільтра дозволяє в 1,3 разa збільшити ефективність транспортування плазми до підкладки діаметром 300 мм. Особливості руху вакуумно-дугової плазми в прямолінійному фільтрі макрочасток з “магнітним островом” пояснюються розвитком плазмових нестійкостей в областях неоднорідного магнітного поля.Вакуумно-дуговой источник плазмы с прямолинейным фильтром оптимизирован для нанесения покрытий на крупногабаритные изделия. Расчеты вариантов магнитной конфигурации системы проводились с использованием программы FEMM. Новая конструкция выходной катушки фильтра позволяет в 1,3 раза увеличить эффективность транспортировки плазмы к подложке диаметром 300 мм. Особенности движения вакуумно-дуговой плазмы в прямолинейном фильтре макрочастиц с “магнитным островом” объясняются развитием плазменных неустойчивостей в областях неоднородного магнитного поля

Surface nanorelief modification of constructional materials at low energy ion bombardment

Process of thermal smoothing at bombardment of metal surfaces by low energy heavy ions is investigated. It is shown, that smoothing can occur in nonlocal thermoelastic peak of ion under action of forces of surface tension at spreading the melted material on the surface. The model of thermal smoothing alternative to model of ion polishing due to ion sputtering of target atoms is developed. Criteria of applicability of model for any combination “ion–target”, and analytical expressions for basic parameters of process of smoothing (size of smoothing area created by single ion, time of smoothing) are received.Теоретично досліджувався процес теплового згладжування при бомбардуванні металевих поверхонь важкими іонами низьких енергій. Показано, що вирівнювання поверхні може відбуватися під дією сил поверхневого натягу при розтіканні уздовж поверхні розплавленого матеріалу, що утворюється в нелокальному тепловому піку іона. Розроблено модель теплового згладжування, яка альтернативна моделі іонного полірування за рахунок розпилення іонів мішені. Отримано критерії, що визначають застосовність моделі для довільної комбінації «іон-мішень», і аналітичні вирази для основних параметрів процесу згладжування (розмір області згладжування, яка створювана одиночним іоном, час згладжування).Теоретически исследовался процесс теплового сглаживания при бомбардировке поверхности металлов тяжелыми ионами низкой энергии. Показано, что выравнивание поверхности может происходить под действием сил поверхностного натяжения при растекании вдоль поверхности расплавленного материала, образующегося в нелокальном тепловом пике. Разработана модель теплового сглаживания, альтернативная модели ионной полировки, за счет ионного распыления. Получены критерии, определяющие применимость модели для произвольной комбинации «ион-мишень», а также аналитические выражения для основных параметров процесса сглаживания (размер области сглаживания, создаваемой одиночным ионом, время сглаживания)