Effect of High-Entropy Components of Nitride Layers on Nitrogen Content and Hardness of (TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N Vacuum-Arc Multilayer Coatings

- JOURNAL OF NANO- AND ELECTRONIC PHYSICS

8 № 2, 02057(4cc) (2016) Vol. 8 No 2, 02057(4pp) (2016)

2077-6772/2016/8(2)02057(4) 02057-1  20166 Х Х

Х

Х

Х

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

-

Х

Х

Х

(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N

г г

бХ г г

бХ г г

бХ г г

_,

г г

_,

г г

бХ г

_.

бХ г г

_,

г г

бХ г г

1 Х Х Х Х г г бХ гХ бХйбХлжеззХ бХ

2 Х Х Х« Х Х »бХ гХ бХзжбХ

6жеезХ бХ

3 Х Х Х« Х _- Х »бХ гХ ябХжб

лжженХ бХ

4 Х Х Х Х бХ гХ бХнкбХиенежкХ

бХ яХ я

5 Х _- Х Х Х Х Х бХ гХ бХлбХлжеззХ бХ

Э Хж4.04.2016рХ online 21.06.2016)

Х Х Х бХ Х Х Х Х в

бХ Х Х Х Х Х Х пХ Х – Х –

бХ Х Х Х Х Х(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N

гХ бХ Х Х Х Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х ХЭ Хж г%ЮХ Х Х в

Х Х Х Х Х Х гХ Х Х Х TiN-шuХ Х Х в

Х Х(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N Х Х Х Х

Х Х Х Х Х бХ Хзйбк г

Х : Х Х(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)NбХ Х бХ бХ

Х Х бХ г

DOI: 10.21272/jnep.8(2).02057 іцшSХnumbersпХнжгемгчcбХлжгекг pблнгккгjmбХлжгнзгRx

1.

Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х

Х Х Х в

бХ Х Х Х бХ Х Х в

Х Х Э Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

ХTiЮХ Х Х Х в

Х Х Х г

Х Х Х Х Х

Х Х Х , Х ,

Х д Х Х Х

Х Х Х Х в

Х бХ Х Х Х бХ в

бХ Х Х Х Х в

Х Х Х ХЭ гХ бХ[1-8]).

Х Х Х Х в

Х Х бХ Х Х в

Х бХ Х Х Х в

Х Э ЮХ Х бХ Х

Х Х Х Х Х[о].

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х в

Х Ti-шuХ Х Х Х Х Х Х

Х Х Х ХTiN-шuХ Х

Х Х Х Х Х Х

Х цlNbTiMoVшrХ Х Х Х Х

Х Х - Х Х Х в

Х г

2. Х Х Х

Х Х Х - Х в

Х Х Х Х « -л».

Х ХЭ ЮХ Х Х в

Х ХPN Эжбз…йбкЮ  10– 3 гХ в

Х Х Х Х ХЭTi-12 г %

Cu) Х(AlNbTiMoVшrЮХ Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

8 д бХ Х Х Х Х

Х н Х Х Х Х Х олеХ Э Х йнеХ

Х ЮгХ Х Х Х в

Х Х ж гХ Х Х Х Х

Х Х Х Х

Х Х– Us – жееХ Х– 200 гХ Х

Х Х Х Х Х Х Х

г 1 (I – Х Х Х Х Х бХ в

Х Х Х рХU Х– Х в

Х бХ Х Х Х Х

рХ N – Х рХ –

Юг

- Х Х Х Х

Х Х Х Х шu-kα

Х Х -йгХ Х Х Х в

Х Х Х Х в

Х Х«Newіrofile»г

Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Хке гХ Х в

Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х ХнХ Х Х

г г , г г , г г Х . г - . . 8, 02057 (20166)

02057-2

1– Х бХ Х Х Х Х

№ _{Х I, A U бХ}

NбХ бХ

853 Ti-12 % Cu 80 200 йбк·же– 3 _22,1

854 (Ti-12 % Cu)+(AlNbTiMoVCr) 80

110 200 й·же–

3 _23,2

855 (Ti-12 % Cu)+(AlNbTiMoVCr) 80

140 100 4·же– 3 24,5

856 (Ti-12 % Cu)+(AlNbTiMoVCr) 80

140 200 жбз·же– 3 23,3

857 (Ti-12 % Cu)+(AlNbTiMoVCr) 80

140 100 жбз·же–

3 _19,9

Х Х Х Х Х

Х Х Х бХ в

Х Х Х Х ыEюХ

Nova NanoSEM 450.

3. Х Х Х

Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х в

пХ Х – Х – бХ Х в

Х Х Х Х Х в

Х Х , Х Х Х

Х гХ Х . жХ Х

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х гХ в

бХ Х Х Х бХ Х

Х Х Ti + 12 г % шuХ Х Х

N 4,5  10– 3 Х Э г ж ЮХ Х Х в

Х зкбн г %гХ Х Х Х

Х (TiN-Cu)/(AlNbTiMoVшrЮNХ Х

Х Х Х Х Х змбйХ г %Х Х Х

, Х Х Х Х в

Х Х Х Х в

Х – 10еХ …Х – 200 Х Э г ж ЮгХ Х в

Х Х Х Х Х Х в

, Х Х Х– 200 Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х ХMoХ ХцlХЭ гХ г ж ).

Х Х Х Х N жбз·же– 3 Х

Х Х Х Х Х бХ

Х Х Х Х Х Х бХ в

Х Х Х Х– 100 ХЭ г ж , ).

Х Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х ХMoХ ХцlбХ Х Х

Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Х г

Х Х Х Х Х Х

Х Х бХ Х Х в

Х Ti + шuХ Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х

Х Х Х TiNХ Х Э Х Х Х

[жжж]ЮбХ Х Х



нкиЮгХ Х Х Х Х Х

(AlNbTiMoVшrЮNХ Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х Х

0,4452 Х Х Х Х Х

TiNХ Х Х Х Х[жжж]г

Х Х Х Х Х Х

–Us – 100 Х Э Х нккХ Х г зЮХ Х Х в

Х Х Х Х

[жжж]Х Х Х Х Х Х

Х [жее]Х Х Х гХ Х

Х Х Х Х Х в

Х  1,2  10– 3 Х Х в

Х Х Х Х Х [жее]бХ Х

Х Х Х Х

Х Х Щ Х Х … г - . . 8, 02057 (20166)

02057-3

г 1– Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVшrЮNбХ Х Х Х

Х Х ХжпХ Х–нкибХ Х– 854, – 856, – 857

Х Х Х Х [жее]Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х Х “atomicХ peening”Х –

Х [же]Х Х Х Х

Х Х Х Х Х[жжбХж2].

Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

бХ Х Х в

гХ Х Х Х Х Х ХжХ в

Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Э Х

ХнкиХ ХнкйХ Х ХжЮгХ Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

г 2– Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVшrЮNХ Э Х Х Х

Х Х Х гХжЮ

г 3– Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х

TiХЭ ХнккЮбХ Х Х Х

-Х ХзйбкХ ХЭ Х ХиХ Х Х

Х Х Х Юг

Х Х Х Х бХ в

Х Х Х Х Х

 1,2  10– 3 Х Х Х Х в

Х Хжобо ХЭ гХнкмХ Х гХжЮг

4.

1. бХ Х Х Х в

Х Х(Ti-12 гХ%Х-Cu) Х Х в

Х Х Х Х Х Х Х Хи- Х

Х Х Х Х TiNХ Х Х Х в

Х Х Х Х[жжж]г

2. Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х ХЭ Хж г %ЮХ в

Х Х Х Х Х Х Х

Х г

3. Х Х Х Х Х

(Ti-Cu) Х(AlNbTiMoVCr) Х Х в

Х Х Х Х Х в

ХЭTi-шuЮХ Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

г г , г г , г г Х . г - . . 8, 02057 (20166)

02057-4

Effect of High-Entropy Components of Nitride Layers on Nitrogen Content and Hardness of

(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N Vacuum-Arc Multilayer Coatings

Vг г Beresnev

бХ гV. Sobol



_{, S.V. Lytovchenko}

_{, U.S. Nyemchenko}

, Vг г Stolbovoy

, Dг г Kolesnikov

_,

г г Meylehov

_,

г г Postelnyk

_{, P.V. Turbin}

_{, L.V. Malikov}

1 _{V.N. Karazin Kharkiv National University, 4, Svobody Sq., 61022 Kharkiv, Ukraine}

2 _{National Technical University} «KharkivХіolitechnicХInstitute»б _{21, Frunze Str., 61002 Kharkiv, Ukraine} 3NationalХScienceХCenterХ«KharkivХInstituteХofХіhysicsХandХTechnology»бХ

1, Akademichna Str., 61108 Kharkiv, Ukraine

4 _{Belgorod State National Research University, 85, Pobiedy St., 308015 Belgorod, Russian Federation} 5 _{Scientific Center of Physical Technologies of MES and NAS of Ukraine, 6, Svobody Sq., 61022 Kharkiv, Ukraine}

цnХintegratedХresearchХofХlinksХinХtheХ“content-structure-properties”ХchainХinХstructuralХengineeringХofХ (TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N multilayer coatings was carried out with application of elemental and X-ray diffraction analysis as well as microhardness testing. It has been found that formation of the second layer based on a high-entropy alloy even with a relatively small content of components (below 1 wt %) leads to formation of a solid solution FCC lattice phase. Compared to TiN-Cu singlelayer coatings, the multilayer coating based on a (TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N system has an increased nitrogen content and an enhanced hardness of up to 24.5 GPa.

Keywords: Multilayer coating (TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N, Nitrogen content, Structure, Process gas pres-sure, Hardness.

Х

і

Х і

Х

і Х Х і Х

ХіХ

і

Х

в

-

Х

і Х

(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N

г г

є

бХ г г

бХ г г

бХ г г

є

_,

г г

бХ г г

_,

г г

бХ г г

_,

г г

бХ г г

1 Х Х Х Х г гХ бХ Х бХйбХлжеззХ бХ

2 Х Х Х« Х Х »б

гХ бХзжбХлжеезХ бХ

3 Х Х Х« Х _- Х »бХ

гХ бХжбХлжженХ бХ

4 є Х Х Х Х б

гХ бХнкбиенежкХ є бХ Х я

5 Х _- Х Х Х Х Х бХ Х бХлбХлжеззХ бХ

Х Х Х бХ Х Х Х Х в

бХ Х Х Х Х Х Х Х пХ Х – Х –

бХ Х Х Х Х Х(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N

г бХ Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Э Х ж г%ЮХ є Х Х Х Х Х

Хґ Х Х гХ Х Х ХTiN-шuХ Х Х Х Х

(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)N є Х Х Х Х Х Х Х Х в

Х бХ Х єХ Хзйбк г

іХ : Х Х(TiN-Cu)/(AlNbTiMoVCr)NбХ Х бХ бХ Х в

Х бХ .

1. Nanostructured coatings (Ed. by A. Cavaleiro, J.T.M. De Hosson) (New York: Springer: 2006).

2. W.D. Munz, J. Vac. Sci. Technol. A 4, 2717 (1986).

3. O. Knotek, R. Elsing, M. Atzor, H.G. Prengel, Wear 133, 189 (1989).

4. O.V. Sobol’бХ цгцг Andreev, V.A. Stolbovoi, V.E. ыil’chikovбХ Tech. Phys. Lett.38 No 2, 168 (2012).

5. G. Hakansson, J.E. Sundgren, D. Mcintyre, J.E. Greene, W.D. Munz, ThinSolid Films 153, 55 (1987).

6. O. Knotek, M. Atzor, H.G. Prengel, Surf. Coat. Technol. 36, 265 (1988).

7. R.A. Andrievskiy, Russ. Chem. Rev.66 No 1, 53 (1997). 8. A.D. Pogrebnjak, A.A. Bagdasaryan, I.V. Yakushchenko,

V.M. Beresnev, Russ. Chem. Rev. 83 No 11, 1027 (2014). 9. V.M. Beresnev, O.V. Sobol, I.N. Toryanik, A.A. Meylekhov,

U.S. Nyemchenko, P.V. Turbin, I.V. Yakushchenko, M.O. Lisovenko, J. Nano-Electron. Phys. 6 No 1, 01030

(2014).

10.O.V. Sobol', Phys. Metals Metallography91 No 1, 60 (2001). 11.U.S. Nyemchenko, V.Ju. Novikov O.V. Sobol’бХ

S.S. Grankin, E.M. Tulibiyev, A. Radko,J. Nano-Electron. Phys.7 No 1, 01041 (2015).