НАНОКОМПОЗИТТІ (CrN/ZrN)/(Cr/Zr) НЕГІЗІНДЕГІ ЖАБЫНДАРДЫҢ НАНОӨЛШЕМДІ АРХИТЕКТУРАСЫ

Ауыспалы металл нитридтерінен (CrN/ZrN) және (Cr/Zr) таза металдардан тұратын периодты түрде алмасатын көпқабатты наноқұрылымды қабықшаның микроқұрылымы мен механикалық қасиеттері зерттелді. Әрқайсысы  модуляциялық кезеңде 7 металл мен 40 нитридті қосақталған қабаттан тұратын арнайы көпқабатты құрылым алынды. Әрбір металл қабатының қалыңдығы 16 нм болса, ал нитрид қабаттарының қалыңдығы 25 нм құрайды. Жабын беріктігінің арту механизмін түсіндіру үшін, алынған нәтижелер бойынша бірінші принциптерге негізделген есептеулер жүргізілді.

Микроқұрылымдық зерттеулер нәтижесі (200) және (111)/(200) бағыттарында ерекше айқындалған кубтық құрылымды CrN мен ZrN фазалары басым екені анықталды. Наноқабаттар мен нанокристалдардың наноөлшемдеріне қарамастан, CrN мен ZrN қабаттарының шекараларында дислокациялар мен кристалл жазықтықтарының құрылымдық ретсіздігі байқалды.

Зерттелген көпқабатты құрылымның ең жоғары қаттылығы 34 ГПа, төмендетілген серпімділік модулі 330 ГПа, пластикалық деформацияға дейінгі серпімділік шегі 0,1, сонымен бірге пластикалық деформацияға төзімділігі 0,36 құрайтын жоғары механикалық қасиеттерге қол жеткізуге мүмкіндік берді.

Аталған жоғары қасиеттер жабындардың ерекше көпқабатты-құрылымды (ішкі көпқабатты) архитектурасы мен оның құрылымдық сипаттамаларының нәтижесінде іске асырылды.

1. X. Liu, Q. Yang, Z. Li, W. Yuan, Y. Zheng, Z. Cui, X. Yang, K.W.K. Yeung, S. Wu, A combined coating strategy based on atomic layer deposition for enhancement of corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy // Appl. Surf. Sci. – 2018. – Vol. 434. – P. 1101–1111. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.11.032

2. Q.M. Mehran, M.A. Fazal, A.R. Bushroa, S. Rubaiee, A critical review on physical vapor deposition coatings applied on different engine components, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 43 (2018) 158e175, https://doi.org/10.1080/10408436.2017.1320648.

3. Holleck H., Schier V. Multilayer PVD coatings for wear protection // Surface and Coatings Technology. – 1995. – Vol.76–77. – P. 328–336.

4. Contreras E., Galindez Y., Rodas M.A., Bejarano G., Gómez M.A. CrVN/TiN Nanoscale Multilayer Coatings Deposited by DC Unbalanced Magnetron Sputtering // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 332. – P. 214–222.

5. F. Vaz, J. Ferreira, E. Ribeiro, L. Rebouta, S. Lanceros-Mendez, J.A. Mendes, E. Alves, P. Goudeau, J.P. Riviere, F. Ribeiro, I. Moutinho, K. Pischow, J. de Rijk, Influence of nitrogen content on the structural, mechanical and electrical properties of TiN thin films // Surf. Coating. Technol. – 2005. – Vol. 191. – P. 317–323. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.01.033

6. A.D. Pogrebnjak, V.I. Ivashchenko, P.L. Skrynskyy, O.V. Bondar, P. Konarski, K. Załe˛ski, S. Jurga, E. Coy, Experimental and theoretical studies of the physicochemical andmechanical properties of multi-layered TiN/SiC films: temperature effects on the nanocomposite structure // Compos. B Eng. – 2018. – Vol. 142. – P. 85–94. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.01.004

7. S.C. Vettivel, R. Jegan, J. Vignesh, S. Suresh, Surface characteristics and wear depth profile of the TiN, TiAlN and AlCrN coated stainless steel in dry sliding wear condition // Surfaces and Interfaces. – 2017. – Vol. 6. – P. 1–10, https://doi.org/10.1016/j.surfin.2016.10.008

8. S. Yip, The strongest size // Nature. – 1998. – Vol. 391. – P. 532–533. https://doi.org/10.1038/35254

9. J. Musil, Hard nanocomposite coatings: thermal stability, oxidation resistance and toughness // Surf. Coating. Technol. – 2012. – Vol. 207. – P. 50–65, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.05.073.

10. A.A. Bagdasaryan, A.V. Pshyk, L.E. Coy, P. Konarski, M. Misnik, V.I. Ivashchenko, M. Kempinski, N.R. Mediukh, A.D. Pogrebnjak, V.M. Beresnev, S. Jurga, A new type of (TiZrNbTaHf)N/Mon nanocomposite coating: microstructure and properties depending on energy of incident ions // Compos. B Eng. – 2018. – Vol. 146. – Art. 132e144. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.04.015

11. S. Labdi, P. Houdy, P. Psyllaki, M. Jeandin, Elaboration and characterization of Ti and TiN thin films and multilayers for hard coating applications // Thin Solid Films. – 1996. – Vol. 275. – P. 213–215. https://doi.org/10.1016/00406090(95)07046-X

12. Lousa, J. Romero, E. Martınez, J. Esteve, F. Montalà, L. Carreras, ́ Multilayered chromium/chromium nitride coatings for use in pressure diecasting // Surf. Coatings Technol. – 2001. – Vol. 146–147. – P. 268–273. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01476-1

13. D.J. Li, F. Liu, M.X. Wang, J.J. Zhang, Q.X. Liu, Structural and mechanical properties of multilayered gradient CrN/ZrN coatings // Thin Solid Films. – 2006. – Vol. 506–507. – P. 202–206. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.08.031

14. Z.G. Zhang, O. Rapaud, N. Allain, D. Mercs, M. Baraket, C. Dong, C. Coddet, Microstructures and tribological properties of CrN/ZrN nanoscale multilayer coatings // Appl. Surf. Sci. – 2009. – Vol. 255. – P. 4020–4026. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.10.075

15. Maksakova O.V., Webster R.F., Tilley R.D., Ivashchenko V.I., Postolnyi B.O., Bondar O.V., Takeda Y., Rogoz V.M., Sakenova R.E., Zukowski P.V., Opielak M., Beresnev V.M., Pogrebnjak A.D. Nanoscale Architecture of (CrN/ZrN)/(Cr/Zr) Nanocomposite Coatings: Microstructure, Composition, Mechanical Properties and First-Principles Calculations // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – Vol. 831. – P. 154808-1-154808-15

16. Bondar O.V., Pogrebnjak A., Takeda Yo., Postolnyi B., Zukowski P., Sakenova R.E., Postolnyi B. Structure and Properties of Combined Multilayer Coatings Based on Alternative Triple Nitride and Binary Metallic Layers // NAP2018, 2018 IEEE 8th Int. Conf. “Nanomaterials Applications and Propperties, Zatoka, Ukraine. – 2018. – Vol. 3. – P. 03TFNMC73-1- 03TFNMC73-5.