nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2020-4-113-118nuc-300Research ArticleСтатьиИОННО-ПЛАЗМЕННЫЙ СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВОВ Hf-CION-PLASMA SYNTHESIS, STRUCTURE AND PROPERTIES OF Hf-C ALLOYSТулеушевЮ. Ж.TuleushevYu. Z.

Алматы

Almaty

ЖаканбаевЕ. А.ZhakanbaevE. A.

Алматы

Almaty

ОрақоваМ. С.OrakovaM. S.

Алматы

Almaty

КерімшеА. С.KerimsheA. S.

Алматы

Almaty

МамырбаевА. К.MamyrbayevA. K.

Алматы

Almaty

СарсенбаеваК. Б.SarsenbayevaK. B.

Алматы

Almaty

Институт ядерной физики МЭ РККазахстанInstitute of Nuclear Physics Ministry of Energy RKKazakhstanКазахский национальный университет им. аль-ФарабиКазахстанAl-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstan20203012202004113118Copyright © Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А., Орақова М.С., Керімше А.С., Мамырбаев А.К., Сарсенбаева К.Б., 20202020Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А., Орақова М.С., Керімше А.С., Мамырбаев А.К., Сарсенбаева К.Б.Tuleushev Y.Z., Zhakanbaev E.A., Orakova M.S., Kerimshe A.S., Mamyrbayev A.K., Sarsenbayeva K.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/300

В работе проведены исследования по синтезу покрытий на основе гафния и углерода, с использованием методики ионно-плазменного напыления покрытий из чередующихся слоев гафния и углерода с толщиной каждого слоя менее 1 нм. При выполнении работ нами была использована четырехканальная магнетронная установка с двумя оппозитно расположенными магнетронами. Один магнетрон заряжен мишенью из гафния, а второй магнетрон заряжен углеродной мишенью. Определена скорость и оптимальные режимы распыления гафния и углерода. Получены зависимости количества распыленного гафния и углерода от приложенной к магнетрону мощности. Определена средняя мощность распыления гафния, которая по выносу вещества соответствует выносу углеродапри его максимально возможной мощности распыления. Проведен синтез покрытий гафний-углерод в диапазоне концентраций от 59,8 до 5,3 ат.% углерода и выполнены рентгенографические исследования покрытий карбидов. Определено, что в покрытиях гафний-углерод, сформированных методом магнетронного осаждения, при концентрациях от 59,8 до 26,1 ат.% углерода происходит формирование кубической фазы карбида гафния, с уменьшением параметра решетки. При концентрации 16,2 ат.% углерода наряду с кубической фазой карбида гафния в покрытии начинает выделяться гафний с гексагональной структурой. При дальнейшем уменьшении концентрации углерода в покрытии гексагональная фаза гафния становится преобладающей.

In this work, studies have been carried out on the synthesis of coatings based on hafnium and carbon, using the method of ion-plasma spraying of coatings from alternating layers of hafnium and carbon with a thickness of each layer less than 1 nm. When performing the work, we used a four-channel magnetron setup. In which two oppositely located magnetrons were used. One magnetron is charged with a hafnium target, and the other magnetron is charged with a carbon target. The rate and optimal modes of sputtering of hafnium and carbon have been determined. The dependences of the amount of atomized hafnium and carbon on the power applied to the magnetron are obtained. The average atomization power of hafnium has been determined, which corresponds to the removal of the substance with the removal of carbon at its maximum possible atomization power. The synthesis of hafnium-carbon coatings in the concentration range from 59.8 to 5.3 at.%. Carbon was carried out, and X-ray studies of carbide coatings were performed. Determined in the hafnium-carbon system formed by magnetron deposition, at concentrations from 59.8 to 26.1 at. % carbon in the coating, the cubic phase of hafnium carbide is formed, with a decrease in the lattice parameter. At a concentration of 16.2 at. % carbon, along with the cubic phase of hafnium carbide, hafnium with a hexagonal structure begins to precipitate in the coating. With a further decrease in the carbon concentration in the coating, the hexagonal phase of hafnium becomes predominant.

ионно-плазменный синтезрентгеноструктурный анализмагнетронный распылительвакуумная системананоразмерное легированиеазотированиескорость распыленияion-plasma synthesisX-ray structural analysismagnetron sputtervacuum systemnanoscale dopingnitridingsputtering rateReferencesPadture N. P., Gell M., Jordan E. H. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications // Science. – 2002. – Vol. 29. – P. 280.Padture N. P., Gell M., Jordan E. H. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications // Science. – 2002. – Vol. 29. – P. 280.Perepezko J. H. The hotter the engine, the better // Science. – 2009. – Vol. 326. - P. 1068.Perepezko J. H. The hotter the engine, the better // Science. – 2009. – Vol. 326. - P. 1068.Lu K. The future of metals // Science. – 2010. - Vol. 328. - P. 319.Lu K. The future of metals // Science. – 2010. - Vol. 328. - P. 319.Liu G., Zhang G. J., Jiang F., Ding X. D., Sun Y. J., Sun J., Ma E. Nanostructured high-strength molybdenum alloys with unprecedented tensile ductility // Nat. Mater. – 2013. – Vol. 12. - P. 344.Liu G., Zhang G. J., Jiang F., Ding X. D., Sun Y. J., Sun J., Ma E. Nanostructured high-strength molybdenum alloys with unprecedented tensile ductility // Nat. Mater. – 2013. – Vol. 12. - P. 344.Wuchina E., Opila E., Opeka M., Fahrenholtz W., Talmy I. UHTCs: Ultra-high temperature ceramic materials for extreme environment applications // Electrochem. Soc. Interface. – 2007. – Vol. 16. - P. 30.Wuchina E., Opila E., Opeka M., Fahrenholtz W., Talmy I. UHTCs: Ultra-high temperature ceramic materials for extreme environment applications // Electrochem. Soc. Interface. – 2007. – Vol. 16. - P. 30.Hong Q. J. Prediction of the material with highest known melting point from ab initio molecular dynamics calculations // Physical Review B. – 2015. – Vol. 92. 020104(R).Hong Q. J. Prediction of the material with highest known melting point from ab initio molecular dynamics calculations // Physical Review B. – 2015. – Vol. 92. 020104(R).Marino K. A., Hinnemann B., Carter E. A. Atomic-scale insight and design principles for turbine engine thermal barrier coatings from theory // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). – 2011. – Vol. 108. - №14. – Р. 5480-5487.Marino K. A., Hinnemann B., Carter E. A. Atomic-scale insight and design principles for turbine engine thermal barrier coatings from theory // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). – 2011. – Vol. 108. - №14. – Р. 5480-5487.Padture N. P, Gell M, Jordan E. H. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications // Science. – 2002. – Vol. 296. – P. 280-284.Padture N. P, Gell M, Jordan E. H. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications // Science. – 2002. – Vol. 296. – P. 280-284.Nieto A., Kuma A., Lahiri D., Zhang Ch., Seal S., Agarwal A. Oxidation behavior of graphene nanoplatelet reinforced tantalum carbide composites in high temperature plasma flow // Carbon. – 2014. – Vol. 67. – P. 398-408.Nieto A., Kuma A., Lahiri D., Zhang Ch., Seal S., Agarwal A. Oxidation behavior of graphene nanoplatelet reinforced tantalum carbide composites in high temperature plasma flow // Carbon. – 2014. – Vol. 67. – P. 398-408.Тулеушев А. Ж., Тулеушев Ю. Ж., Володин В. Н. Наноразмерное легирование в металлических пленках // Физика металлов и металловедение. – 2004. – T. 97. - № 4. – С. 49-57.Тулеушев А. Ж., Тулеушев Ю. Ж., Володин В. Н. Наноразмерное легирование в металлических пленках // Физика металлов и металловедение. – 2004. – T. 97. - № 4. – С. 49-57.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.