Процессы самоорганизации структуры ионно-плазменных покрытий CrTiZrNbHf (ВЭС), полученных по технологии многокатодного дугового напыления

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для получения вакуумных ионно-плазменных высокоэнтропийных покрытий системы CrTiZrNbHf была использована система трехкатодного дугового испарения. Среднестатистическая концентрация компонентов в покрытии составила Cr0.30Ti0.35Zr0.25Nb0.08Hf0.01. Кинетика осаждения покрытий и процесс самоорганизации его структуры изучался путем построения зонной структурной диаграммы Мовчана–Демчишина–Торнтона. Такие технологические параметры, как температура подложки, давление в вакуумной камере, скорость осаждения покрытия, плотность ионного тока, напряжение смещения и др. были объединены в виде расчетной величины энергии осаждения Ebi. Показано, что для исследованной системы CrTiZrNbHf критическим значением параметра Ebi является ~100 МДж/см3. Превышение этого порога ведет к вырождению структуры покрытия в виде зародышевой или каплеобразной морфологии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Колесников

Ростовский государственный университет путей сообщения

Email: kudryakov@mail.ru
Россия, Ростов-на-Дону

О. В. Кудряков

Ростовский государственный университет путей сообщения; Донской государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: kudryakov@mail.ru
Россия, Ростов-на-Дону; Ростов-на-Дону

В. Н. Варавка

Донской государственный технический университет

Email: kudryakov@mail.ru
Россия, Ростов-на-Дону

И. В. Колесников

Ростовский государственный университет путей сообщения

Email: kudryakov@mail.ru
Россия, Ростов-на-Дону

К. Н. Политыко

Ростовский государственный университет путей сообщения

Email: kudryakov@mail.ru
Россия, Ростов-на-Дону

Список литературы

  1. Fang C. M., Cantor B. An Equiatomic 20-Element High Entropy Amorphous Alloy: Ab Initio Molecular Dynamics Investigations. URL: www.preprints.org (open access article, posted date: 19 February 2024). https://doi.org/10.20944/preprints202402.1010.v1
  2. Zhang Y., Zhou Y. J., Lin J. P. Solid-Solution Phase Formation Rules for Multi-component Alloys // Advanced Engineering Materials. 2008. V. 10 (6). P. 534.
  3. Yeh J.-W. Alloy Design Strategies and Future Trends in High-Entropy Alloys // JOM. 2013. V. 65. P. 1759. https://doi.org/10.1007/s11837-013-0761-6
  4. Zhang R. F., Zhang S. H., He Z. J., Jing J., Sheng S. H. Miedema Calculator: A thermodynamic platform for predicting formation enthalpies of alloys within framework of Miedema’s Theory // Computer Physics Communications. 2016. V. 209. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.08.013
  5. Yurov V. M., Platonova E. S., Baltabekov A. High entropy coatings CuTiZrCrNi // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2019. V. 36. P. 25.
  6. Ivanov Yu.F., Abzaev Y. A., Gromov V. E., Konovalov S. V., Klopotov A. A., Semin A. P. Phase analysis and structural state of AlCoFeCrNi high-entropy alloy of nonequiatomic composition // AIP Conference Proceedings. 2022. V. 2509 (1). 020087. https://doi.org/10.1063/5.0085244
  7. Torrento J. E. et al. Development of non-equiatomic Bio-HEAs based on TiZrNbTa-Mo and TiZrNbTa-Mn // APL Mater. 2022. V. 10 (8). 081113. https://doi.org/10.1063/5.0100465
  8. Sharma A. High Entropy Alloy Coatings and Technology // Coatings. 2021. V. 11. P. 372. https://doi.org/10.3390/coatings11040372
  9. Guo S., Liu C. T. Phase stability in high entropy alloys: Formation of solid-solution phase or amorphous phase // Progress in Natural Science: Material International. 2011. V. 21. P. 433.
  10. Мовчан Б. А., Демчишин А. В. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси циркония // Физика металлов и металловедение. 1969. T. 28. Вып. 4. С. 653.
  11. Thornton А. J. Тhе influence of bias sputter parameters оn thick copper coatings deposited using а hollow cathode // Тhin Solid Films. 1977. V. 40. P. 35.
  12. Anders А. A structure zone diagram including plasma based deposition and ion etching // Thin Solid Films: Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, 2010. http://www.escholarship.org/uc/item/3261x4bm
  13. Hultman L., Sundgren J. E. Handbook of Hard Coatings / Ed. R. F. Bunshah Noyes. NY: Park Ridge, 2001. 108 p.
  14. Азаренков Н. А., Береснев В. М., Погребняк А. Д., Колесников Д. А. Наноструктурные покрытия и наноматериалы: Основы получения. Свойства. Области применения. Особенности современного наноструктурного направления в нанотехнологии. М.: ЛИБРОКОМ, 2012. 368 с.
  15. Cantor B., Kim K. B., Warren, P. J. Novel multicomponent amorphous alloys // Mater. Sci. Forum. 2002. V. 386. P. 27.
  16. Гречников Ф. В., Бобровский И. Н., Ерисов Я. А., Хаймович А. И. Инициатива «геном материала» в мире и Российской Федерации // Изв. Самарск. НЦ РАН. 2017. Т. 19. № 1(3). С. 563.
  17. Zhou T., Song Z., Sundmacher K. Big Data Creates New Opportunities for Materials Research: A Review on Methods and Applications of Machine Learning for Materials Design // Engineering. 2019. V. 5. P. 1017.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Общий вид стального образца с ионно-плазменным покрытием CrTiZrNbHf в электронном микроскопе: 1 — поверхность покрытия (наклон образца в сторону наблюдателя 26 град); 2 — поверхности кросс-секции, вырезанной в образце ионным пучком (FIB); 3 — поперечное сечение покрытия толщиной h ≈ 0.8 мкм.

Скачать (28KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Структура ионно-плазменных покрытий CrTiZrNbHf различной толщины, СЭМ, кросс-секции: (а) — тонкое покрытие толщиной h ≈ 1.0 мкм после обработки по поверхности галлиевым ионным пучком; (б) — покрытие толщиной h = 2.5 мкм.

Скачать (46KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Элементный состав ионно-плазменного покрытия CrTiZrNbHf толщиной h = 2.6 мкм: (а) — расположение точечных сканов EDAX на поверхности кросс-секции; (б) — энергограмма распределения элементов (ат. %) в области точечного зондирования покрытия «Спектр 60».

Скачать (46KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пример распределения основных элементов (ат. %) по глубине покрытия CrTiZrNbHf толщиной h = 0.9 мкм на поверхности кросс-секции: (а) — электронное изображение с линией профиля 1, размещенной на поверхности кросс-секции; (б) — распределение Cr, Zr, Fe, Ti вдоль линии профиля 1 от поверхности покрытия в глубину.

Скачать (31KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Диаграмма М–Д–Т с показанной областью значений температуры Th и давления РТ, использованных при нанесении покрытий ВЭС системы CrTiZrNbHf.

Скачать (28KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Диаграмма М–Д–Т в координатах Th и Ebi для покрытий ВЭС системы CrTiZrNbHf; числа возле экспериментальных точек — толщина покрытия (мкм), числа со знаком * — толщина монослоя из отдельных кристаллитов.

Скачать (35KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024