Влияние дефектов и примесных атомов на физико-механические свойства наноструктурных покрытий в области границ их раздела

Abstract

С помощью уникальных методов: аннигиляции позитронов, микропучка протонов, Резерфордовского обратного рассеяния (RBS) ионов, микроанализа с помощью EDSX совместно с SEM, дифракции рентгеновских лучей (XRD), рентгеновской тензометрии (α-sin²ψ), тестов на нанотвердость, модуль упругости, индекса пластичности и скреч-тестов были исследованы наноструктурные покрытия Ti-Si-N; Ti-Hf-Si-N; (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N, выращенные катодным вакуумно-дуговым источником. Были получены профили дефектов по глубине покрытий и изучено влияние термического отжига до 600 °С (30 мин) на изменение дефектной структуры, упруго-направленного состояния, фазового состава и перераспределения примесных атомов в результате термодиффузии и процессов сегрегации по границам и субграницам нанозерен. Обнаружено увеличение твердости после отжига, уменьшение величины упруго-деформируемого состояния, перераспределение примесных атомов и дефектов.

За допомогою унікальних методів: анігіляції позитронів, мікропучка протонів, Резерфордівського оберненого розсіювання (RBS) іонів, мікроаналіза за допомогою EDSX разом із SEM, дифракції рентгенівських променів (XRD), рентгенівської тензометрії (α-sin²ψ), тестів на нанотвердість, модуль пружності, індекса пластичності та скретч-тестів були досліджені наноструктурні покриття Ti-Si-N; Ti-Hf-Si-N; (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N, вирощені катодним вакуумно-дуговим джерелом. Були отримані профілі дефектів по товщі покриттів, та досліджений вплив термічного відпалювання до 600 °С (30 хв) на зміну дефектної структури, пружньо-фазового стану, фазового складу та перерозподілу домішкових атомів в результаті термодифузії та процесів сегрегації по межам та субмежам нанозерен. Знайдено збільшення твердості після відпалювання, зменшення величини пружньо-деформаційного стану, перерозподіл атомів та дефектів.

Using unique methods: positron annihilation, proton microbeam, Rutherford backscattering (RBS) of ions, microprobe using EDSX with SEM, X-ray diffraction (XRD), X-ray strain measurement (α-sin²ψ), tests of nanohardness, elastic modulus, index plasticity and scratch tests were investigated nanostructured coatings Ti-Si-N; Ti-Hf-Si-N; (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N, grown by cathodic vacuum arc source. Defects’ profiles were obtained at all depth of coating, and effect of thermal annealing at 600 °C (30 min) on the change of the defect structure, elastic-directed state, the phase composition and the redistribution of impurity atoms as a result of thermal diffusion and segregation processes boundaries and sub-boundaries of nanograins were studied. An increase of hardness after annealing, decreasing of the elastic-strain state, the redistribution of impurity atoms and defects were observed.