Effect of arc current on mechanical properties of AlCrN coatings deposited using cathodic arc evaporation

The AlCrN coatings were formed using cathodic arc evaporation at constant nitrogen pressure and arc current ranged from 50 to 120 A. Scanning electron microscopy, energy dispersive analysis, X-ray diffractometry, nanoindentation, adhesion tests and friction tests were used to investigate the effect of arc current on surface morphology, composition, structure, and mechanical and tribological properties of coatings. It was found that all coatings present cubic AlCrN with Al/(Al+Cr) ratio independent on arc current. Increase in the arc current results in increase in lattice parameter, crystallite size as well as deposition rate and coating surface roughness. A decrease in hardness with a simultaneous increase in Young's modulus is also observed. The adhesion of the coatings shows a non-linear character with the maximum (108 N) for the coating formed at an arc current of 80 A, which may explain the best wear resistance – the lowest wear rate 1.4·10⁻⁷ mm³/Nm.Покриття AlCrN були осаджені за допомогою катодного дугового випаровування при постійному тиску азоту та струмі дуги в діапазоні від 50 до 120 A. Використовували скануючу електронну мікроскопію, енергодисперсійний аналіз, рентгенівську дифрактометрію, наноіндентування, тести на адгезію та на тертя для дослідження ефекту впливу струму дуги на морфологію поверхні, склад, структуру, механічні та трибологічні властивості покриттів. Було виявлено, що всі покриття містять кубічний AlCrN із співвідношенням Al/(Al+Cr), не залежним від струму дуги. Збільшення струму дуги призводить до збільшення параметра решітки, розміру кристалітів, а також швидкості осадження та шорсткості поверхні покриття. Також спостерігається зниження твердості з одночасним збільшенням модуля Юнга. Адгезія покриттів має нелінійний характер з максимумом (108 Н) для покриття, сформованого при струмі дуги 80 А, що може пояснити найкращу зносостійкість – найменша швидкість зношування 1.4·10⁻⁷ mm³/Нм

Universal analytic properties of noise. Introducing the J-Matrix formalism

We propose a new method in the spectral analysis of noisy time-series data for damped oscillators. From the Jacobi three terms recursive relation for the denominators of the Pad\'e Approximations built on the well-known Z-transform of an infinite time-series, we build an Hilbert space operator, a J-Operator, where each bound state (inside the unit circle in the complex plane) is simply associated to one damped oscillator while the continuous spectrum of the J-Operator, which lies on the unit circle itself, is shown to represent the noise. Signal and noise are thus clearly separated in the complex plane. For a finite time series of length 2N, the J-operator is replaced by a finite order J-Matrix J_N, having N eigenvalues which are time reversal covariant. Different classes of input noise, such as blank (white and uniform), Gaussian and pink, are discussed in detail, the J-Matrix formalism allowing us to efficiently calculate hundreds of poles of the Z-transform. Evidence of a universal behaviour in the final statistical distribution of the associated poles and zeros of the Z-transform is shown. In particular the poles and zeros tend, when the length of the time series goes to infinity, to a uniform angular distribution on the unit circle. Therefore at finite order, the roots of unity in the complex plane appear to be noise attractors. We show that the Z-transform presents the exceptional feature of allowing lossless undersampling and how to make use of this property. A few basic examples are given to suggest the power of the proposed method.Comment: 14 pages, 8 figure

Mechanical and tribological characteristics of zirconium based ceramic coatings for micro-bearing application

The application of metal materials with ceramic coatings is the effective way of alternative bearing surfaces formation. The oxide ZrO₂, nitride ZrN and oxynitride ZrON coatings were deposited by magnetron sputtering method on stainless steel (AlSi 316) discs. The adhesion properties, hardness and elastic modulus were evaluated by standard methods. The surface parameters were observed by scanning electron microscopy (SEM). The chemical composition of the coatings was analyzed by energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy. Friction coefficients and wear resistance were measured in the tribological tests. Results show that the mechanical parameters increased in the case of oxynitride in comparison with oxide and nitride coatings.Использование металлических материалов с керамическими покрытиями является эффективным способом формирования альтернативных поверхностей скольжения. Покрытия оксидов ZrO₂, нитридов ZrN и оксинитридов ZrON были нанесены на стальные диски (AlSi 316) методом магнетронного напыления. Адгезия, твердость и упругие модули покрытий измерялись стандартными методами. Параметры поверхности оценивались методом сканирующей электронной микроскопии. Химический состав покрытий анализировался методом энергетически дисперсной спектроскопии. Коэффициент трения и износ оценивали в трибологических тестах. Результаты демонстрируют, что механические параметры возрастают в случае оксинитридных покрытий по сравнению с нитридами и оксидами.Використання металевих матеріалів із керамічними покриттями є ефективним засобом формування альтернативних поверхонь ковзання. Покриття оксидів ZrO₂, нітридів ZrN та оксинітридів ZrON були нанесені на сталеві диски (AlSi 316) методом магнетронного розпилювання. Адгезія, твердість та пружні модулі покриттів вимірювались стандартними методами. Параметри поверхні оцінювались методом скануючої електронної мікроскопії. Хімічний склад покриттів було проаналізовано методом енергетично дисперсної спектроскопії. Коефіцієнт тертя та знос оцінювали в трибологічних тестах. Результати продемонстрували, що механічні параметри зростають у випадку оксинітридних покриттів порівняно з нітридами та оксидами

Strong-Coupling Expansion for the Hubbard Model

A strong-coupling expansion for models of correlated electrons in any dimension is presented. The method is applied to the Hubbard model in $d$ dimensions and compared with numerical results in $d=1$. Third order expansion of the Green function suffices to exhibit both the Mott metal-insulator transition and a low-temperature regime where antiferromagnetic correlations are strong. It is predicted that some of the weak photoemission signals observed in one-dimensional systems such as $SrCuO_2$ should become stronger as temperature increases away from the spin-charge separated state.Comment: 4 pages, RevTex, 3 epsf figures include

Deposition of chromium nitride coatings from vacuum arc plasma in increased nitrogen pressure

The application of protective coatings on metal materials is the effective way to improve their durability. Chromium nitride coatings are applied mainly on tools due to good resistivity to oxidation compared to other metal nitride coatings and good wear resistance. Some characteristics of the coatings deposited in fixed position in regard of chromium cathode on the samples parallel directed to it and the other arranged opposite in the nitrogen pressure ranged from 0.5 to 3.0 Pa are investigated.Применение защитных покрытий на металлических материалах является эффективным способом улучшения их прочности. Покрытия из нитрида хрома применяются в основном на инструменте благодаря хорошему сопротивлению окислению, по сравнению с другими нитридными покрытиями, и хорошей износостойкости. Были исследованы некоторые характеристики покрытий, осажденных в фиксированном положении на лицевую и обратную стороны образцов, установленных в плоскости, параллельной по отношению к хромовому катоду, в диапазоне давлений азота от 0,5 до 3,0 Па.Застосування захисних покриттів на металевих матеріалах є ефективним способом поліпшення їх міцності. Покриття з нітриду хрому застосовуються в основному на інструменті завдяки гарному опору окисленню, в порівнянні з іншими нітридними покриттями та добрій зносостійкості. Були досліджені деякі характеристики покриттів, осаджених у фіксованому положенні на лицьову і зворотну сторони зразків, встановлених в площині, паралельній по відношенню до хромового катода, в діапазоні тисків азоту від 0,5 до 3,0 Па

Asymptotic Improvement of Resummation and Perturbative Predictions in Quantum Field Theory

The improvement of resummation algorithms for divergent perturbative expansions in quantum field theory by asymptotic information about perturbative coefficients is investigated. Various asymptotically optimized resummation prescriptions are considered. The improvement of perturbative predictions beyond the reexpansion of rational approximants is discussed.Comment: 21 pages, LaTeX, 3 tables; title shortened; typographical errors corrected; minor changes of style; 2 references adde

Effect of nitrogen pressure on the structural and mechanical properties of V-Mo-N coatings deposited by cathodic arc evaporation

The coatings of the V-Mo-N system were deposited by the cathodic arc evaporation method from the unfiltered plasma of two V and Mo cathodes. Electron microscopy, energy dispersive analysis, X-ray diffractometry, nanoindentation, and adhesion testing have been used to study the effect of nitrogen pressure during deposition on surface morphology, composition, structure, and mechanical properties of coatings. It was found that at a nitrogen pressure of 1 Pa the V₂₉Mo₂₁N₅₀ coating formed with a predominantly cubic c-(V,Mo)N structure and an insignificant fraction of hexagonal h-(Mo,V)N. With an increase in the pressure of the reaction gas to 2…3 Pa, a gradual increase in the concentration of nitrogen up to 54 at.% and molybdenum up to 26 at.% is observed, which leads to a slight increase in the hexagonal phase concentration. All coatings are characterized by a fairly good surface quality, high hardness of 30…32 GPa and adhesion to the steel substrate. The c-(V,Mo)N coating has better resistance to crack propagation, correlates with a maximum H³/E² – 0.18, and combines high hardness and ductility.Покриття системи V-Mo-N осаджували вакуумно-дуговим методом з нефільтрованої плазми двох катодів з V та Mo. Методами електронної мікроскопії, енергодисперсійного аналізу, рентгенівської дифрактометрії, наноіндентування та адгезійного тестування досліджено вплив зміни тиску азоту при осадженні на морфологію поверхні, склад, структуру та механічні властивості покриттів. З’ясовано, що при тиску азоту 1 Па формується покриття V₂₉Mo₂₁N₅₀ з переважно кубічною структурою c-(V,Mo)N і незначною часткою гексагонального h-(Mo,V)N. Збільшення тиску реакційного газу до 2…3 Па викликає поступове зростання концентрації азоту до 54 ат.% і молібдену до 26 ат.%, що призводить до невеликого збільшення вмісту гексагональної фази. Усі покриття характеризуються достатньо гарною якістю поверхні, високими показниками твердості (30…32 ГПа) та адгезії до сталевої підкладки. Покриття c-(V,Mo)N демонструють при навантаженні кращу стійкість до поширення тріщин, що корелює з максимальним значенням параметрa H³/E² – 0,18, і також поєднання високої твердості та пластичності

Tribological properties of vacuum arc Cr-O-N coatings in macro- and microscale

In this paper the tribological properties of Cr-O-N coatings deposited using vacuum arc plasma flux in macro- (sphere-on-disc test) and microscale (AFM-atomic force microscopy) are investigated. It was found that the specific wear rate determined in AFM measurements (micro scale) is approximately 2 orders higher than the macroscale. This is probably due to much higher Hertzian contact stress.Исследовались трибологические свойства Cr-O-N-покрытий, осаждённых из потока вакуумно-дуговой плазмы на макро- (тест сфера-на-диске) и микроуровне (AСM-атомно-силовая микроскопия). Было установлено, что удельная скорость износа в измерениях AСM (микроуровень) примерно на 2 порядка выше, чем в макромасштабе. Это, вероятно, связано с гораздо более высокими контактными напряжениями.Досліджувалися трибологічні властивості Cr-O-N-покриттів, осаджених з потоку вакуумно-дугової плазми на макро- (тест сфера-на-диску) і мікрорівні (AСM-атомно-силова мікроскопія). Було встановлено, що питома швидкість зносу у вимірюваннях AСM (мікрорівень) приблизно на 2 порядки вище, ніж в макромасштабі. Це, ймовірно, пов'язано з набагато більш високими контактними напруженнями