Physical and mechanical properties of (Ti, Hf, Zr, Nb, V, Ta) N

Physical and mechanical properties of (Ti, Hf, Zr, Nb, V, Ta) N

Y.O. TLEUKENOV, A.D. POGREBNJAK, S.V. PLOTNIKOV, N.K. ERDYBAEVA
THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF (Ti, Hf, Zr, Nb, V, Ta) N COATINGS DEPOSITED IN THE VACUUM-ARC
PROCESS
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I MECHANICZNE POWŁOK (Ti, Hf, Zr, Nb, V, Ta) N OTRZYMANYCH METODĄ ŁUKOWEGO
OSADZANIA PRÓŻNIOWEGO
Nitride nanostructured coatings, which are based on high entropy alloys implanted with high doses of N + ions to 10X18
cm2 with an energy of 60 KeV were investigated. The coatings were deposited by vacuum circuit-arc method of cathode
evaporation on steel samples when applying different potential on the steel substrate and the residual pressure in the
chamber. The chamber was supplied by molecular nitrogen for nitride formation. Several methods such as SIMS, EDS, and
XRD were used for elemental composition analysis of the coating. A scanning electron microscope with energy dispersive
spectrometry was used in order to study the surface of the multi-component coatings and their elemental composition and
distribution of elements on the surface coating. Nanohardness and elastic modulus were studies in dynamic mode at
Triboindentor. Introduction of N atoms into the lattice led to the formation of solid solution. Nanostructured coatings
obtained by vacuum-arc deposition with high micro-strain action show high hardness values (up to 32 GPa) due to the
difference in atomic radius of the crystal lattices metal components. The coefficient of friction was in the range of 0.18 to
0.25. Deposited nanostructured films with the given mechanical properties may be used for wear resistant or protective
coatings.
Przebadano nanostrukturalne powłoki azotków o wysokiej entalpii, które wytworzono z wykorzystaniem implantacji jonami
N+ przy zastosowaniu dużych gęstości jonów 10x18 cm2 i wysokiej energii 60 keV. Powłoki osadzano łukową metodą
próżniową na próbkach ze stali, stosując zróżnicowany potencjał polaryzacji podłoża oraz zróżnicowane ciśnienie azotu w
komorze. Do badań składu chemicznego powłoki zastosowano następujące metody: RBS, SIMS, EDS i XRD. Skaningowy
mikroskop elektronowy z dyspersją energii zastosowano do badania powierzchni powłok wieloskładnikowych i ich składu
chemicznego i rozmieszczenia pierwiastków na przekroju powłoki. Do badania nanotwardości i modułu sprężystości
wykorzystano Triboindentor. Badania wykazały, że wprowadzenie atomów N do sieci krystalicznej powłoki prowadzi do
tworzenia roztworu stałego. Po-włoka nanostrukturalna uzyskana łukową metodą próżniową charakteryzuje się wysoką
twardością (do 32 GPa) ze względu na wysoki stan naprężeń wywołany różnicą średnic atomowych pierwiastków
składowych powłoki. Współczynnik tarcia powłoki jest w zakresie od 0,18 do 0,25. Osadzone nanostrukturalne powłoki o
dobrych właściwościach mechanicznych mogą być stosowane jako odporne na zużycie powłoki ochronne.