АЛТЫН ИОНДАРЫМЕН ИМПЛАНТАЦИЯЛАҒАННАН КЕЙІНГІ (TiAlSiY)N/CrN НАНОҚАБАТТЫ ҚАПТАМАЛАРЫНДАҒЫ ҚҰРЫЛЫМДЫҚ-ФАЗАЛЫҚ ӨЗГЕРІСТЕР

Бұл зерттеуде магнетронды бүрку әдісімен алынған көпқабатты (TiAlSiY)N/CrN қаптамаларының құрылымдық-фазалық күйіне алтын иондарымен (Au⁻) 60 кэВ энергиямен және 1×10¹⁷ ион/см² флюенсімен иондық имплантация әсері зерттелді. Кешенді талдау жүргізу үшін grazing-инциденттік рентгендік дифрактометрия (GIXRD), жоғары рұқсатты өткін электронды микроскопия (HRTEM), екінші реттік иондық масс-спектрометрия (SIMS), иондардың кері шашырауын талдау (RBS), сондай-ақ SRIM бағдарламасы бойынша иондардың енуін модельдеу әдістері қолданылды. Имплантация нәтижесінде қалыңдығы шамамен 20 нм болатын беттік қабаттың аморфталуы, кристаллит өлшемдерінің ~8 нм-ден 4–5 нм-ге дейін кішіреюі және қабатаралық шекаралардың бұлдырлануы байқалды. Азот атомдарының селективті шашырауы Ti және Al элементтеріне қарағанда 3-4 есе жоғары екендігі анықталды, бұл Si және Y сияқты легирлеуші элементтердің қайта таралуымен және жергілікті стехиометрияның бұзылуымен қатар жүрді. Модельдеу нәтижелері мен эксперименттік деректер бір-бірін растап, имплантация аймағындағы бастапқы кристалдық құрылымның едәуір бұзылатынын көрсетті. Алынған нәтижелер иондаушы сәулеленудің, термомеханикалық жүктемелердің және агрессивті орта жағдайында жұмыс істеуге арналған радиациялық төзімді, тозуға және жоғары температураға шыдамды қорғаныш қаптамаларын жобалауда қолдануға мүмкіндік береді.

1. Relationships between hardness, Young’s modulus and elastic recovery in hard nanocomposite coatings / J. Musil et al // Surface and Coatings Technology. – 2002. – Vol. 154, № 2-3. – P. 304-313. https://doi.org/10.1016/S0257‐8972(01)01714‐5.

2. Microstructure and physical-mechanical properties of (TiAlSiY)N nanostructured coatings under different energy conditions / K.V. Smyrnova et al // Metals and Materials International. – 2018. – Vol. 24, № 5. – P. 1024-1035. https://doi.org/10.1007/s12540‐018‐0110‐y.

3. The structure and properties of high‐entropy alloys and nitride coatings based on them / A.D. Pogrebnjak et al // Russian Chemical Reviews. – 2014. – Vol. 83, № 11. – P. 1027-1061. https://doi.org/10.1070/RCR4407.

4. Influence of implantation of Au⁻‐ions on the microstructure and mechanical properties of the nano‐structured multielement (TiZrHfVNbTa)N coating / A.D. Pogrebnjak et al // Physics of the Solid State. – 2015. – Vol. 57, № 8. – P. 1559-1564. https://doi.org/10.1134/S1063783415080259.

5. Bolse W. Ion beam effects in thin films and nanostructures / W. Bolse // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 1994. – Vol. 91, № 1-4. – P. 68-75.

6. Effect of composition and growth mechanism on the structure and mechanical properties of nitride coatings – review / W. Zhao et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – Vol. 827. – Article 153836. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.153836.

7. Ziegler J.F. The stopping and range of ions in matter (SRIM) / J.F. Ziegler, J.P. Biersack, U. Littmark // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2010. – Vol. 268, № 11-12. – P. 1818-1823. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.091.

8. Littmark U. Ranges of energetic ions in matter / U. Littmark , J.F. Ziegler // Physical Review A. – 1981. – Vol. 23, № 1. – P. 64-74. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.23.64.

9. Smilgies D.-M. Probing Functional Thin Films with Grazing Incidence X‐Ray Scattering: The Power of Indexing / D.-M. Smilgies // Crystals. – 2025. – Vol. 15, № 1. – Article 63. https://doi.org/10.3390/cryst15010063.

10. Mahmood A. A review of grazing incidence small- and wide-angle X-ray scattering techniques for exploring the film morphology of organic solar cells / A. Mahmood , J.-L. Wang // Sol. RRL. – 2020. – Vol. 4. – Article 2000337. https://doi.org/10.1002/solr.202000337.

11. Harrington G.F. Back-to-Basics Tutorial: X‐ray Diffraction of Thin Films / G.F. Harrington // Journal of Electroceramics. – 2021. – Vol. 47. – Article 108.

12. https://doi.org/10.1007/s10832‐021‐00263‐6.

13. How to GIWAXS: grazing incidence wide angle X‐ray scattering applied to metal halide perovskite thin films / J.A. Steele et al // Advanced Energy Materials. – 2023. – Vol. 13, № 13. – Article 2300760. https://doi.org/10.1002/aenm.202300760.

14. Harrington G.F. Intensity corrections for grazing-incidence X‐ray diffraction of thin films / G.F. Harrington // Journal of Applied Crystallography. – 2021. – Vol. 54.

15. Ziegler J.F. Universal scattering potential method for predicting ion ranges / J.F. Ziegler, J.P. Biersack J.M. Manoyan // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 1986.

16. Smyrnova K.V. Ion-induced phase transformations in nanostructured nitride coatings / K.V. Smyrnova, A.D. Pogrebnjak, V.M. Beresnev // Vacuum. – 2017. – Vol. 146. – P. 47-54. – DOI: 10.1016/j.vacuum.2017.07.023

17. Kelly R., Miotello A. Effects of ion implantation on the phase stability of TiN/CrN multilayers // Applied Physics Letters. – 1993. – Vol. 63, № 12. – P. 1673–1675. https://doi.org/10.1063/1.109512.