Influence of bias voltage on composition and tribological properties Ti-Cr-N coatings formed by ion-plasma deposition

Ti-Cr-N coatings were formed on St3 steel by cathodic arc vapor deposition while combining titanium or chromium plasma flows in a residual nitrogen atmosphere. Elemental and phase composition of the coatings were studied using Auger electron spectroscopy (AES) and X-ray diffraction (XRD). Coatings are solid solution on the basis of chromium and titanium mononitrides. It is found that an increase in bias voltage leads to relative rise of titanium concentration and to decrease of chromium concentration. With the values of bias voltage less than 120 V coatings grow with (200) preferred orientation. It is established that Ti-rich coatings (Ti31Cr20N49 and Ti33Cr17N50) have low steady-state friction coefficient, while the Cr-rich coatings (Ti17Cr35N48) has high steady-state friction coefficient. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2077

Radiation effects in nanosized clusters

In this communication we present results of computer simulation of radiationenhanced processes in nanosized ferromagnetic clusters under the irradiation by elementary particles and ions. Dynamic defects and possibility of their experimental monitoring are considered. Radiation resistance of nanostructured materials is characterized by the size of instability region for knocked-out atom. Heating and thermoelastic effects on defect structure and materials functionality are discussed. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2085

Formation of silicon-based nanostructures by compression plasma flows

The use of compression flows (CPF) for the formation of metal and silicide nanostructures for data storage devices, thermoelectric materials and solar cells is presented. The action of CPF with injected metallic powder results in the formation of coatings composed of spherical clusters with complex structure: each submicron cluster (0,1-0,2 μm radius) is formed from a number of nanosized ones (10-25 nm radius). The action of CPF on binary “metal-silicon” systems provides formation of branched silicon dendrites (tip radius ~ 200 nm, primary spacing ~ 1,2 μm); interdendritic space is filled with nanostructured (50-100 nm) “silicide-silicon” and “monosilicide-disilicide” composite due to melting of the surface layer, rapid solidification (~ 10-3 m/s) and constitutional overcooling. Mechanisms of formation of nanostructured composites on silicon surface and in thick surface layers is discussed in terms of order parameter evolution and non-equilibrium solidification models. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2086

In situ stress evolution during growth of transition metal nitride films and nanocomposites

The issue of stress evolution during growth of hard transition metal nitride (TMN) based coatings is of vital importance to understand origin of intrinsic stress development and to control stress level in order to avoid mechanical failure of coated components and devices. By using in situ and real-time wafer curvature measurements based on a multiple- beam optical stress sensor (MOSS), basic insights on the atomistic mechanisms at the origin of stress development and stress relaxation can be obtained. In the present paper, a review of recent advances on stress development during reactive magnetron sputter-deposition of binary TMN films (TiN, ZrN, TaN) as wells as ternary systems (TiZrN, TiTaN) will be presented. The influence of growth energetics on the build-up of compressive stress will be addressed. A correlation between stress, texture and film morphology is demonstrated. Finally, illustration will be given for quaternary TiZrAlN nanocomposites. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2074

Properties of superhard nanostructured coatings Ti-Hf-Si-N

New superhard coatings based on Ti-Hf-Si-N featuring high physical and mechanical properties were fabricated. We employed a vacuum-arc source with HF stimulation and a cathode sintered from Ti-Hf-Si. Nitrides were fabricated using atomic nitrogen (N) or a mixture of Ar/N, which were leaked-in a chamber at various pressures and applied to a substrate potentials. RBS, SIMS, GT-MS, SEM with EDXS, XRD, and nanoindentation were employed as analyzing methods of chemical and phase composition of thin films. We also tested tribological and corrosion properties. The resulting coating was a two-phase, nanostructured nc-(Ti, Hf)N and α-Si3N4. Sizes of substitution solid solution nanograins changed from 3.8 to 6.5 nm, and an interface thickness surrounding α-Si3N4 varied from 1.2 to 1.8 nm. Coatings hardness, which was measured by nanoindentation was from 42.7 GPa to 48.6 GPa, and an elastic modulus was E = (450 to 515) GPa. The films stoichiometry was defined for various deposition conditions. It was found that in samples with superhard coatings of 42.7 to 48.6GPa hardness and lower roughness in comparison with other series of samples, friction coefficient was equal to 0.2, and its value did not change over all depth (thickness) of coatings. A film adhesion to a substrate was essentially high and reached 25MPa. В работе получены новые сверхтвердые покрытия на основе Ti-Hf-Si-N с высокими физико-механическими свойствами. В процессе синтеза методом вакуумно-дугового осаждения с применением ВЧ напряжения распылялся цельнолитой катод Ti-Hf-Si. Нитриды формировались в среде атомарного азота (N) или в смеси Ar/N, которые напускались в камеру при различных давлениях. Химический и фазовый составы тонких пленок анализировался методами RBS, SIMS, GT-MS, SEM с EDXS, РСА, а твердость определялась наноиндентированием. Исследовались трибологические и коррозионные свойства покрытий. Полученные покрытия являются двухфазными наноструктурированными nс-(Ti, Hf)N и α-Si3N4. Размеры нанозерен твердого раствора варьировались от 3,8 до 6,5 нм, а толщина окружающей оболочки α-Si3N4 менялась от 1,2 до 1,8 нм. Твердость покрытий H составляла 42,7 48,6 ГПа, а модуль упругости Е принимал значения от 450 ГПа до 515 ГПа. Определена стехиометрия пленок при различных условиях осаждения. Установлено, что в образцах сверхтвердых покрытий с твердостью 42,7 48.6 ГПа наблюдалась более низкая шероховатость по сравнению с другими образцами, коэффициент трения составлял 0,2, и его значение не изменялось по всей глубине (толщине) покрытия. Адгезия пленки к подложке достигла 25 МПа. У роботі отримані нові надтверді покриття на основі Ti-Hf-Sі-N з високими фізико-механічними властивостями. У процесі синтезу методом вакуумно-дугового осадження із застосуванням ВЧ напруги розпорошувався суцільнолитий катод Tі-Hf-Sі. Нітриди формувалися у середовищі атомарного азоту (N) або у суміші Ar/N, які напускалися у камеру при різних тисках. Хімічний і фазовий склади тонких плівок аналізувалися методами RBS, SІMS, GT-MS, SEM з EDXS, РСА, а твердість визначалася наноіндентуванням. Досліджувалися трибологічні та корозійні властивості покриттів. Отримані покриття є двофазними наноструктурованими nс-(Tі, Hf)N і -Sі3N4. Розміри нанозерен твердого розчину варіювалися від 3,8 до 6,5 нм, а товщина навколишньої оболонки -Sі3N4 змінювалася від 1,2 до 1,8 нм. Твердість покриттів H становила 42,7 48,6 ГПа, а модуль пружності Е приймав значення від 450 ГПа до 515 ГПа. Визначено стехіометрію плівок при різних умовах осадження. Встановлено, що у зразках надтвердих покриттів із твердістю 42,7 48.6 ГПа спостерігалася нижча шорсткість у порівнянні з іншими зразками, коефіцієнт тертя становив 0,2, і його значення не змінювалося за глибиною (товщиною) покриття. Адгезія плівки до підкладки досягла 25 МПа

Nanostructured formations and coatings created on the surface of materials exposed to compression plasma flows

The paper presents the results of investigations on changing silicon and aluminium morphology under the action of compression plasma flows generated by the quasi-stationary plasma accelerator (magnetoplasma compressor type). The feasibility of spraying nanostructured metal films by compression flows was demonstrated. The resulting single-layer coating consists of spherical particles measuring 50 to 200 nm. Such particles bonded to each other cover a surface relief including flat areas and regular structures developing during plasma action. The state and composition of a sample surface were studied by SEM- and EXD-methodsПредставлено результати досліджень зміни морфології поверхні пластин кремнію й алюмінію при впливі на них компресійними плазмовими потоками, що генеруються квазістаціонарним плазмовим прискорювачем типу магнітоплазмовий компресор. Продемонстровано можливість нанесення на підкладки наноструктурних металевих покрить за допомогою компресійних потоків.Представлены результаты исследований изменения морфологии поверхности пластин кремния и алюминия при воздействии на них компрессионными плазменными потоками, генерируемыми квазистационарным плазменным ускорителем типа магнитоплазменный компрессор. Продемонстрирована возможность нанесения на подложки наноструктурных металлических покрытий с помощью компрессионных потоков

Modification of coating-substrate systems under the action of compression plasma flow

The results of studying changes in physical and mechanical properties of coating-substrate systems subjected to the compression plasma flow are presented. The possibility for doping the substrate both with pre-deposited coating components and with plasma-forming substance during liquid-phase mixing and resolidification of near-surface layers melted by the compression plasma flow is shown.Представлено результати досліджень зміни фізико-механічних властивостей систем покриття-підкладка при впливі на них компресійним плазмовим потоком. Продемонстровано можливість легування матеріалу підкладки як компонентом попередньо нанесеного покриття, так і робочою речовиною плазми, у процесі рідкофазного перемішування і перезатвердіння розплавлених під дією компресійного плазмового потоку приповерхніх шарів.Представлены результаты исследований изменения физико-механических свойств систем покрытие- подложка при воздействии на них компрессионным плазменным потоком. Продемонстрирована возможность легирования материала подложки как компонентом предварительно нанесенного покрытия, так и рабочим веществом плазмы, в процессе жидкофазного перемешивания и перезатвердевания расплавленных под действием компрессионного плазменного потока приповерхностных слоев

Structures and properties of Ti alloys after double implantation

В работе представлены новые результаты по исследованию структуры и физико-механические свойства приповерхностных слоев титановых сплавов после (W+, Mo+) ионной имплантации и последующего отжига при 550 С в течение 2 ч. Использование обратного рассеяния (RBS) ионов гелия и протонов, сканирующей электронной микроскопии (SEM) с микроанализа (ЭЦП), (WDS), протонов (ионов), индуцированного рентгеновского излучения (PIXE), рентгенофазового анализа (РСА) с геометрии скользящего падения (0,5 град.), измерения нанотвердости и модуля упругости, трения износа (цилиндр-пластины), измерения коррозионная стойкость в солевом растворе, мы исследовали VT-6 образцов, и определяется их сопротивления усталости при циклических нагрузках. Было обнаружено двойное увеличение твердости, снижение износа и увеличение сопротивления усталости, что было связано с формированием малодисперсного нитрида, карбонитрида, и интерметаллидных фаз.The paper presents new results on investigation of structure and physical-mechanical properties of near surface layers of titanium alloys after (W+, Mo+) ion implantation and subsequent thermal annealing under 550 C for 2 h. Using back scattering (RBS) of helium ions and protons, scanning electron microscopy (SEM) with microanalysis (EDS), (WDS), proton (ion) induced X-ray emission (PIXE), X-ray phase analysis (XRD) with a grazing incidence geometry (0.5 angle), measurements of nanohardness and elastic modulus, friction wear (cylinder-plate), measurements of corrosion resistance in a salt solution, we investigated the VT-6 samples, and determined their fatigue resistance under cyclic loads. Double increase of hardness, decrease of wear and increased fatigue resistance were found, which was related to the formation of small dispersion (nanodimension) nitride, carbonitride, and intermetalloid phases

Structures and properties of Ti alloys after double implantation

В работе представлены новые результаты по исследованию структуры и физико-механические свойства приповерхностных слоев титановых сплавов после (W+, Mo+) ионной имплантации и последующего отжига при 550 С в течение 2 ч. Использование обратного рассеяния (RBS) ионов гелия и протонов, сканирующей электронной микроскопии (SEM) с микроанализа (ЭЦП), (WDS), протонов (ионов), индуцированного рентгеновского излучения (PIXE), рентгенофазового анализа (РСА) с геометрии скользящего падения (0,5 град.), измерения нанотвердости и модуля упругости, трения износа (цилиндр-пластины), измерения коррозионная стойкость в солевом растворе, мы исследовали VT-6 образцов, и определяется их сопротивления усталости при циклических нагрузках. Было обнаружено двойное увеличение твердости, снижение износа и увеличение сопротивления усталости, что было связано с формированием малодисперсного нитрида, карбонитрида, и интерметаллидных фаз.The paper presents new results on investigation of structure and physical-mechanical properties of near surface layers of titanium alloys after (W+, Mo+) ion implantation and subsequent thermal annealing under 550 C for 2 h. Using back scattering (RBS) of helium ions and protons, scanning electron microscopy (SEM) with microanalysis (EDS), (WDS), proton (ion) induced X-ray emission (PIXE), X-ray phase analysis (XRD) with a grazing incidence geometry (0.5 angle), measurements of nanohardness and elastic modulus, friction wear (cylinder-plate), measurements of corrosion resistance in a salt solution, we investigated the VT-6 samples, and determined their fatigue resistance under cyclic loads. Double increase of hardness, decrease of wear and increased fatigue resistance were found, which was related to the formation of small dispersion (nanodimension) nitride, carbonitride, and intermetalloid phases