kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2024-1(13)-38kaz44-749Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАИССЛЕДОВАНИЕ СТУКТУРНЫХ СВОЙСТВ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ, МНОГОСЛОЕВЫХ, ТВЕРДЫХ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙRESEARCH OF THE PHYSICAL PROPERTIES OF MULTI-COMPONENT, MULTILAYER, SOLID NANOCOMPOSITE COATINGShttps://orcid.org/0009-0003-6588-8098КасымбаевА.KasymbaevA.

Алексей Касымбаев – докторант ВКТУ по направлению «Техническая физика» 

070004, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Протозанова 69 

 Alexey Kasymbaev – student at VKTU in the direction of «Technical Physics» 

070004, Republic of Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk, Protozanova 69 st. 2 

alexey_kasymbayev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4105-2128ПлотниковС. В.PlotnikovS. V.

Сергей Викторович Плотников – доктор физико-математических наук 

070004, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Протозанова 69 

Sergey Viktorovich Plotnikov – Doctor of Physical and Mathematical Sciences 

070004, Republic of Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk, Protozanova 69 st. 2 

plotsv@ektu.kzhttps://orcid.org/0000-0002-8686-949XТұрлыбекұлыА.TurlybekulyA.

Аманжол Тұрлыбекұлы – старший научный сотрудник, Ph.D 

 010000, Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сауран 5г, 156 

Amanzhol Turlybekuly – Senior Researcher, Ph.D 

010000, Republic of Kazakhstan, 56, Sauran 5g, Astana 

aturlybekuly@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9218-6492ПогребнякА. Д.PogrebnyakA.

Аманжол Тұрлыбекұлы – старший научный сотрудник, Ph.D 

40007, Украина, г. Сумы ул. Римского-Корсакова 2 

Alexander Dmitrievich Pogrebnyak – Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Department of Nanoelectronics and Surface Modification 

40007, Ukraine, Sumy, 2 Rimsky-Korsakov st. 

alexp@i.uaВосточно-Казахстанский технический университет им. Д. СерикбаеваКазахстанD. Serikbaev East Kazakhstan Technical UniversityKazakhstanInstitute of materials engineeringКазахстанInstitute of Materials ManufacturingKazakhstanСумской государственный университетУкраинаSumy State UniversityUkraine20242903202401(13)312319Copyright © Касымбаев А., Плотников С.В., Тұрлыбекұлы А., Погребняк А.Д., 20242024Касымбаев А., Плотников С.В., Тұрлыбекұлы А., Погребняк А.Д.Kasymbaev A., Plotnikov S.V., Turlybekuly A., Pogrebnyak A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/749

Работа посвящена анализу и обобщению результатов исследований физико-механических свойств нитридных и карбидных многослойных систем на основе (TiZrNbTa)N в зависимости от методов нанесения и термической обработки. Повышение прочности конструкции без увеличения массы изделия и обеспечение специфических свойств поверхности, таких как высокая износостойкость, оптимальные трибологические характеристики, жаростойкость и коррозионная стойкость имеют решающее значение на сегодняшний день. Рассмотрено влияние введения чрезвычайно высоких доз ионов N+ (1018 см-2) в наноструктурированные покрытия (TiZrNbTa)N нанесенных методом вакуумно-дугового напыления. Исследовано изменение твердости твердость покрытий, достигнута величина твердости 23 ГПа на глубинах ≥ 200 нм. Исследовано нанесение тонкого слоя, направленного на устранение капельных фракций, образующихся при катодной эрозии при вакуумно-дуговом напылении, привело к снижению микротвердости имплантированных образцов. Изучено повышение давления в камере осаждения до 3×10–3 Торр существенно повысило концентрацию азота в составе покрытия при одновременном уменьшении количества таких металлических компонентов, как Ti, Nb и V. Предварительные испытания на приборе для испытания на царапины подтвердили, что полученные покрытия продемонстрировали улучшение индекса пластичности H/E ≥ 0,1, что указывает на исключительную износостойкость.

The results of studies of the physical and mechanical properties of nitride and carbide multilayer systems based on ((TiZrNbTa)N, depending on the methods of deposition and heat treatment are analyzed and summarized. The coatings were deposited by magnetron sputtering. Studies of the original and processed alloy samples were carried out in a regional engineering laboratory. When extremely high doses of N+ ions (1018 cm-2) are introduced into nanostructured coatings (TiZrNbTa)N, a multilayer structure is formed, consisting of amorphous, nanocrystalline (dispersed) and nanostructured layers.The hardness of the coatings decreases to 12 GPa in the near-surface region, and then increases with depth, reaching a maximum of 23 GPa at great depths ≥ 200 nm.

Sputtering a small layer of the coating surface, leading to the elimination of the droplet fraction formed during cathode erosion during vacuum-arc sputtering, is the reason for the decrease in the microhardness of the implanted samples.

покрытиетонкие пленкимикроструктурамногослойные покрытиямагнетронное распылениеcoatingmicrostructuremechanical propertieswear resistanceCA-PVDReferencesPeculiarities of Structure State and Mechanical Characteristics in ion-Plasma Condensates of Quasibinary System Borides W2B5-TiB2 / О.V. Sobol, O.N. Grigorjev, Yu.A. Kunitsky et al // Science of Sintering. – 2006. – V. 38. – P. 63-72.Peculiarities of Structure State and Mechanical Characteristics in ion-Plasma Condensates of Quasibinary System Borides W2B5-TiB2 / O.V. Sobol, O.N. Grigorjev, Yu.A. Kunitsky et al // Science of Sintering. – 2006. – V. 38. – P. 63-72. (In English).Соболь О.В. Концентрационно-структурное упорядочение в нано-кристаллических ионноплазменных конденсатах (W,Ti)C твердого раствора / О.В. Соболь // ФИП. – 2007. – Т. 5, № 1. – С. 69 -74.Sobol O.V. Kontsentratsionno-strukturnoe uporyadochenie v nano-kristallicheskikh ionnoplazmennykh kondensatakh (W,Ti)C tverdogo rastvora / O.V. Sobol' // FIP. – 2007. – T. 5, № 1. – S. 69 -74. (In Russian).Соболь О.В. Процесс наноструктурного упорядочения в конденсатах системы W-Ti-B / О.В. Соболь // ФTT. – 2007. – Т. 49, Вып. 6. – С. 1104-1110.Sobol O.V. Protsess nanostrukturnogo uporyadocheniya v kondensatakh sistemy W-Ti-B / O.V. Sobol' // FTT. – 2007. – T. 49, Vyp. 6. – S. 1104-1110. (In Russian).Sobol O.V. Study of concentration and structural ordering in nanocrystal-line ion-plasma condensates of (W, Ti)C solid solution / O.V. Sobol // Functional Materials. – 2007. – Vol.14, № 3. – P. 392-397.Sobol O.V. Study of concentration and structural ordering in nanocrystal-line ion-plasma condensates of (W, Ti)C solid solution / O.V. Sobol // Functional Materials. – 2007. – Vol.14, № 3. – P. 392-397. (In Russian).Соболь О.В. Особенности фазового состава, структуры, напряженного состояния и механических характеристик конденсатов боридной системы W-Ti-B, полученных триодным распылением / О.В. Соболь, С.Н. Дуб, О.Н. Григорьев и др.// Сверхтвердые материалы. – 2005. – № 5. – С. 38-47.Sobol O.V. Osobennosti fazovogo sostava, struktury, napryazhennogo sostoyaniya i mekhanicheskikh kharakteristik kondensatov boridnoi sistemy W-Ti-B, poluchennykh triodnym raspyleniem / O.V. Sobol', S.N. Dub, O.N. Grigor'ev i dr.// Sverkhtverdye materialy. – 2005. – № 5. – S. 38-47. (In Russian).Haines J. Synthesis and design of superhard materials / J. Haines, J.M. Leger, G. Bocquillon // Annu. Rev. Mater. Res. – 2001. – V. 31. – P. 1-23.Haines J. Synthesis and design of superhard materials / J. Haines, J.M. Leger, G. Bocquillon // Annu. Rev. Mater. Res. – 2001. – V. 31. – P. 1-23. (In English).Mayrhofer P.H. Ab iuito calculated binodal and spinodal of cubic Ti1-xAlxN / P.H. Mayrhofer, D. Music, J.M. Schneider // Appl. Phys. Letter. – 2006. – V.88. – P. 071922.Mayrhofer P.H. Ab iuito calculated binodal and spinodal of cubic Ti1-xAlxN / P.H. Mayrhofer, D. Music, J.M. Schneider // Appl. Phys. Letter. – 2006. – V.88. – P. 071922. (In English).Zhang R.F. Veprek S. Metastable phases and spinodal decomposition in Ti1-xAlxN system studied by ab initio and thermodynamic modeling, a comparison with the TiN–Si3N4 system / R.F. Zhang, S. Veprek // Mater. Sci. Eng., A. – 2007. – V.448. – P.111-119.Zhang R.F. Veprek S. Metastable phases and spinodal decomposition in Ti1-xAlxN system studied by ab initio and thermodynamic modeling, a comparison with the TiN–Si3N4 system / R.F. Zhang, S. Veprek // Mater. Sci. Eng., A. – 2007. – V.448. – P.111-119. (In English).Microstructure, physical and chemical properties of nanostructured (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N coatings under different deposition conditions / A.D. Pogrebnjak, I.V. Yakushchenko, A.A. Bagdasaryan et al // Mater. Chem. Phys. 2014. – Vol. 147, № 3. – P. 1079-1091.Microstructure, physical and chemical properties of nanostructured (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N coatings under different deposition conditions / A.D. Pogrebnjak, I.V. Yakushchenko, A.A. Bagdasaryan et al // Mater. Chem. Phys. 2014. – Vol. 147, № 3. – P. 1079-1091. (In English).Sobol O.V. Influence of Ion Implantation on the Structural and Stressed State and Mechanical Properties of Nitrides of High-entropy (TiZrAlYNb)N and (TiZrHfVNbTa)N Alloys / O.V. Sobol, I.V. Yakushchenko // J. Nano- Electron. Phys. – 2015. – Vol.7, № 3. – P. 03044-1 - 03044-6.10 Sobol O.V. Influence of Ion Implantation on the Structural and Stressed State and Mechanical Properties of Nitrides of High-entropy (TiZrAlYNb)N and (TiZrHfVNbTa)N Alloys / O.V. Sobol, I.V. Yakushchenko // J. Nano- Electron. Phys. – 2015. – Vol.7, № 3. – P. 03044-1 - 03044-6. (In English).Pogrebnjak A.D. The structure and properties of high-entropy alloys and nitride coatings based on them / A.D. Pogrebnjak, A.A. Bagdasaryan, I.V. Yakushchenko, V.M. Beresnev // Rus. Chem. Rev. – 2014. – Vol.83, № 11. – P. 1027-1061.11 Pogrebnjak A.D. The structure and properties of high-entropy alloys and nitride coatings based on them / A.D. Pogrebnjak, A.A. Bagdasaryan, I.V. Yakushchenko, V.M. Beresnev // Rus. Chem. Rev. – 2014. – Vol.83, № 11. – P. 1027-1061. (In English).

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