References

trrgups

Труды Ростовского государственного университета путей сообщения

Trudy Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobseniya

1818-5509

Ростовский государственный университет путей сообщения

trrgups-95

Research Article

Статьи

Формирование PVD покрытий для трибологического назначения

Formation of PVD coatings for tribological purposes

Политыко

К. Н.

Polityko

K. N.

Политыко Кирилл Николаевич, кафедра «Теоретическая механика», аспирант

Polityko Kitill Nikolayevich, Chair “Theoretical Мechanics”, Postgraduate student

Polityko856@gmail.com

Мантуров

Д. С.

Manturov

D. S.

Мантуров Дмитрий Сергеевич, кафедра «Теоретическая механика», заведующий лабораторией, кандидат технических наук

Manturov Dmitriy Sergeevich, Chair “Theoretical Mechanics”, Head of Laboratory, Candidate of Engineering Sciences

manturovds@rgups.ru

Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)РоссияRostov State Transport University (RSTU)Russian Federation

2023

30092023

038193

2023

Политыко К.Н., Мантуров Д.С.

Polityko K.N., Manturov D.S.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://sciworks.rgups.ru/jour/article/view/95

Покрытия TiCrZrNbHf были нанесены с использованием метода вакуумно-дугового напыления при наличии азота в камере и в его отсутствии. Структура и элементный состав покрытия были проанализированы с помощью сканирующего электронного микроскопа и энергодисперсионного спектрометра, механические свойства покрытия измеряли с помощью метода наноиндентирования. Степень износа исследовали с помощью трибометра методом испытания «шарик– диск». На основании проведенных исследований осуществлена оценка влияния присутствия азота в камере при нанесении покрытия.

TiCrZrNbHf coatings were applied using the vacuum arc spraying method in the presence of nitrogen in the chamber and in its absence. The structure and elemental composition of the coating were analyzed using a scanning electron microscope and an energy dispersive spectrometer, the mechanical properties of the coating were measured using the nanoindentation method. The degree of wear was investigated using a tribometer by the “ball–disc” test method. Based on the conducted studies, the influence of the presence of nitrogen in the chamber during coating was assessed.

метод физического осаждения (PVD)вакуумно-дуговое осаждениевысокоэнтропийные сплавыазотмеханические свойстватрениеизносостойкость

physical deposition method (PVD)vacuum-arc depositionhigh-entropy alloysnitrogenmechanical propertiesfrictionwear resistance

Статья рекомендована к публикации оргкомитетом по результатам Школы молодых ученых «Актуальные проблемы трибологии, инженерии поверхности и искусственного интеллекта». Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-79-30007) в Ростовском государственном университете путей сообщения.

The work of supported by the Russian Science Foundation (project No. 21-79-30007) and performed in Rostov State Transport University.

References1

Гаркунов, Д. Н. Триботехника. Износ и безызносность / Д.Н. Гаркунов. – М. : МСХА, 2001. – 616 с. – ISBN 5-94327-004-3.

Garkunov D. N. Tribotechnika. Wear and tear / D. N. Garkunov. – M. : MSHA, 2001. – 616 с. – ISBN 5-94327-004-3.

Mattox, M. D. Cover for Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing / M. D. Mattox // Elseiver, 2010. – P. 746. – ISBN 9780815520375.

Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н. П. Жук. – М. : Альянс, 2006. – 472 с.

Zhuk, N. P. Course of the theory of corrosion and protection of metals / N. P. Zhuk. – M. : Alliance, 2006. – 472

Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings / E. A. Levashov, A. S. Mukasyan, A. S. Rogachev, D. V. Shtansky // International Materials Reviews. – 2017. – V. 62. – P. 203–239. DOI 10.1080/09506608.2016.1243291.

Levashov, E. A. Multifunctional nanostructured films / E. A. Levashov, D. V. Shtansky // Russian Chem. Reviews. – 2007. – V. 76. – P. 463–470. – DOI 10.1070/RC2007v076n05ABEH003679.

Multicomponent nanostructured films for various tribological applications / D. V. Shtansky, Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, I. A. Bashkova, A. N. Sheveiko, E. A. Levashov // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2010. – V. 28. – P. 32–39. – DOI 10.1016/j.ijrmhm.2009.07.014.

Reverse Engineering of Mechanical and Tribological Properties of Coatings : Results of Machine Learning Algorithms / D. M. Pashkov, O. A. Belyak, A. A. Guda, V. I. Kolesnikov // Physical Mesomechanics. – 2022. – V. 25 (4). – P. 296–305. – DOI 10.1134/S1029959922040038.

Design of double layer protective coatings : Finite element modeling and machine learning approximations/ V. I. Kolesnikov, D. M. Pashkov, O. A. Belyak, A. A. Guda, S. A. Danilchenko, D. S. Manturov, E. S. Novikov, O. V. Kudryakov, S. A. Guda, A. V. Soldatov, I.V. Kolesnikov // Acta Astronautica – 2023. – V. 204. – P. 869–877. – DOI 10.1016/j.actaastro.2022.11.007.

Kolesnikov, V. I. Modeling Mechanical Properties of Multilayer Coatings TiAlN / V. I. Kolesnikov, T. V. Suvorova, O. A. Belyak // Defect and Diffusion Forum. – 2021. – V. 410. – P. 578–584. DOI 10.4028/www.scientific.net/DDF.410.578.

Molecular-dynamics modeling of the surface mechanical properties using the ReaxFF potential / Y. V. Rusalev, A. A. Guda, D. M. Pashkov, A. V. Soldatov, O. A. Belyak, V. I. Kolesnikov // Journal of Surface Investigation : X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2021. – Т. 15. – № Suppl. 1. – P. 92 – 97. – DOI 10.1134/S1027451022020185.

Хокинг, М. Металличекие и керамические покрытия / М. Хокинг, В. Васантасри, П. Сидки. – М. : Мир, 2000. – 516 с. – ISBN 5-03-002570-7.

Hawking, M. Metal and ceramic coatings / M. Hawking, V. Vasantasri, P. Sidki. – M. : Mir, 2000. – 516 p. – ISBN 5-03-002570-7.

Bunshah, R. F. Evaporation / R. F. Bunshah // CEI Course on Deposition Technol. and Their Applications / R. F. Bunshah. – Park Ridge, N. J., U.S.A. : Noyes Publications, 1981. – 585 p.

Грановский В. Л. Электрический ток в газе : установившийся ток / В. Л Грановский. – Под ред. Л. А. Сена и В. Е. Голанта. – Москва : Наука, 1971. – 543 с.

Granovsky V. L. Electric current in gas : steady-state current / V. L. Granovsky // Edited by L. A. Sena and V. E. Golant. – Moscow : Nauka, 1971. – 543 p.

Вакуумные дуги : Теория и Прилиложения / Дж. Кобайн, Г. Эккер, Дж. Фаррелл [и др.]. – М. : Мир, 1982. – 428 c.

Vacuum arcs : Theory and Applications / J. Cobain, G. Ecker, J. Farrell [et al.]. – M. : Mir, 1982. – 428 p.

Вакуумно-дуговые покрытия / А. А. Андреев, Л. П. Саблев, С. Н. Григорьев. – Харьков : ННЦ ХФТИ, 2010. – 318 с.

Vacuum-arc coatings / A. A. Andreev, L. P. Sablev, S. N. Grigoriev. – Kharkiv : NSC KHFTI, 2010. – 318 p.

Барвинок, В. А. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления / В. А. Барвинок, В. И. Богданович. – М. : Машиностроение, 1999. – 309 с. – ISBN 5-217-02957-9.

Barvinok, V. A. Physical foundations and mathematical modeling of vacuum ion-plasma sputtering processes / V. A. Barvinok, V. I. Bogdanovich. – M. : Mashinostroenie, 1999. – 309 p. – ISBN 5-217-02957-9.

Райзер, Ю. П. Физика газового разряда : учеб. руководство / Ю. П. Райзер. – М. : Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит. – 1987. – 592 с. – ISBN 5-02-014615-3.

Raiser, Yu. P. Physics of gas discharge : studies. manual / Yu. P. Raiser. – M. : Nauka. Gl. ed. Phys.-mat. lit. – 1987. – 592 p. – ISBN 5-02-014615-3.

Sethuraman, S. K. A study of the erosion rate of vacuum arcs in a transverse magnetic field / S. K. Sethuraman, P. A. Chatterton, M. R. Barrault // J. Nuclear Materials. – 1982. – V. 111–112. – P. 510–516.

Arc velocity and erosion for stainless steel and aluminum cathodes / D. Y. Fang, A. Nurnberg, U. H. Bauder, R. Behrisch // J. Nucl. Materials. – 1982. – V. 111–112. – P. 517–521.

Кесаев, И. Г. Катодные процессы электрической дуги / И. Г. Кесаев. – М. : «Наука», 1968. – 244 с.

Andrea L. Theory and Simulation of Crystal Growth / L. Andrea, K. Miroslav // Journal of Physics Condensed Matter. – 1996. – V. 9. – P. 299–344. – DOI 10.1088/0953-8984/9/2/001.

Динамика катодных пятен на поверхности бериллия в дуговом вакуумном разряде / А. М. Зимин, В. А. Иванов, Б. Юттнер // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез», 2001. – Вып. 2. – С. 44–50.

Dynamics of cathode spots on the surface of beryllium in a vacuum arc discharge / A. M. Zimin, V. A. Ivanov, B. Juttner // Questions of Atomic Science and Technology. Series “Thermonuclear Fusion”, 2001. – V. 2. – P. 44–50.

Месяц, Г. А. Эктоны в вакуумном разряде : пробой, искра, дуга / Г. А. Месяц. – М. : Наука, 2000. – 424 с. – ISBN 5-02-002507-0.

Month, G. A. Ectons in vacuum discharge : breakdown, spark, arc / G. A. Month. – M. : Science, 2000. – 424 p. – ISBN 5-02-002507-0.

Любимов, Г. А. Катодное пятно вакуумной дуги / Г. А. Любимов, В. И. Раховский // Успехи физических наук. – 1978. – Т. 125. – Вып. 4. – С. 665–706. DOI 10.3367/UFNr.0125.197808c.0665.

Lyubimov, G. A. Cathode spot of vacuum arc / G. A. Lyubimov, V. I. Rakhovsky // Successes of physical sciences. – 1978. – V. 125. – Issue 4. – P. 665–706. – DOI 10.3367/UFNr.0125.197808c.0665.

Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. В. Е. Фортова. М. : Наука, 2000. – Т. 2. – 634 с. – ISBN 5-02-002596-8.

Encyclopedia of low-temperature plasma / Edited by V. E. Fortov. Moscow : Science, 2000. – V. 2. – 634 p. – ISBN 5-02-002596-8.

Cathode Spots / B. Juttner, V. F. Puchkarev, E. Hantzsche, I. Beilis // Handbook of Vacuum Arc Science and Technology, R. L. Boxman, P. Martin, D. Sanders (editors), Noyes Publications (Park Ridge, NJ), 1995. – P. 73–281.

Райзер Ю. П. Физика газового разряда : учеб. руководство / Ю. П. Райзер – М. : Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит. – 1987. – 592 с. – ISBN 5-02-014615-3.

Raiser, Yu. P. Physics of gas discharge: textbook. manual / Yu. P. Raiser – M. : Science. Gl. ed. Phys.-mat. lit. – 1987. – 592 p. – ISBN 5-02-014615-3.

Sethuraman, S. K. Study of the Motion of Vacuum Arcs in High Magnetic Field / S. K. Sethuraman and M. R. Barrault // J. Nucl. Materials. – 1980. – V. 93–94. – P. 791–798.

Nanostructured high entropy alloys with multiple principal elements : novel alloy design concepts and outcomes / T. T. Shun, J. W. Yeh, S. K. Chen, S. J. Lin, J. Y Gan., T. S. Chin [et al.]. – Advanced Engineering Materials. – 2004. – № 5. –V. 6. – P. 299–303. – DOI 10.1002/adem.200300567.

Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys / B. Cantor, I. T. H. Chang, P. Knight, A. J. B. Vincent // – Materials Science and Engineering : A. – 2004. – V. 375 – P. 213–218. – DOI 10.1016/j.msea.2003.10.257.

Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements : Novel Alloy Design Concepts and Outcomes / J.-W. Yeh, S.-K. Chen, S.-J. Lin, J.-Y. Gan, T.-S. Chin, T.-T. Shun, C. H. Tsau, S.-Y. Chang // Adv. Eng. Mater. – 2004. – V. 6. – P. 299–303. – DOI 10.3390/ma16124210.

Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys / B. Cantor, I. Chang, P. Knight, A. Vincent, // Materials Science and Engineering. – 2004. – P. 213–218. – DOI 10.1016/j.msea.2003.10.257.

Fatigue behavior of additive manufactured CrFeCoNi medium-entropy alloy / Y. O. Kuzminova, D. G. Firsov, S. A. Dagesyan, S. D. Konev, S. N. Sergeev, A. P. Zhilyaev, M. Kawasaki, I. S. Akhatov, S. A. Evlashin // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – V. 863. – P. 158609. – DOI 10.1016/j.jallcom.2021.158609.

The use of negative bias potential for structural engineering of vacuum-arc nitride coatings based on high entropy alloys / O. V. Sobol’, A. A. Andreev, V. F. Gorban, H. O. Postelnyk, V. A. Stolbovoy, A. V. Zvyagolsky, A. V. Dolomanov, Z. V. Kraievska // Problems of Atomic Science and Technology. – 2019. – V. 120. – P. 127–135. – DOI 10.21272/jnep.10(6).06030.

Nanoindentation creep behavior in a CoCrFeCuNi high-entropy alloys film with two different structure states / Y. Ma, G. J. Peng, D. H. Wen, T. H. Zhang // Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing. – 2015. – V. 621. – P. 111–117. – DOI 10.1016/j.msea.2014.10.065.

Formation of core-shell structure in high-entropy alloy coating by laser cladding / H. Zhang, W. Wu, Y. He, M. Li, S. Guo // Applied Surface Science. – 2015. – V. 363. – P. 543–547. – DOI 10.1016/j.apsusc.2015.12.059.

Mechanical properties, deformation behaviors and interface adhesion of (AlCrTaTiZr)Nx multicomponent coatings / S. -Y. Chang, S. -Y. Lin, Y. -C. Huang, C. -L. Wu // Surface and Coatings Technology. – 2010. – V. 204. – No. 20. – P. 3307–3314. DOI 10.1016/j.surfcoat.2010.03.041.

Effects of substrate bias on the structure and mechanical properties of (Al1.5CrNb0.5Si0.5Ti) Nx coatings / W.-J. Shen, M. -H. Tsai, Y. -S. Chang, J. -W. Yeh // Thin Solid Films. 2012. – V. 520. – No. 19. – P. 6183–6188. – DOI 10.1016/j.tsf.2012.06.002.

Nanostructured multi-element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C hard coatings / V. Braic, A. Vladescu, M. Balaceanu, C. R. Luculescu, M. Braic // Surface and Coatings Technology. – 2012. – V. 211. – P. 117–121. – DOI 10.1016/j.surfcoat.2011.09.033.

Павленко, Е. Н. Моделирование адаптивного обучаемого нечеткого регулятора / Е. Н. Павленко, В. И. Финаев // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2014. – № 1(53). – С. 69-75. – EDN SADCPV

Pavlenko, E. N. Modeling of an adaptive learning fuzzy controller / E. N. Pavlenko, V. I. Finaev // Bulletin of the Rostov State Transport University. – 2014. – No. 1(53). – pp. 69-75. – EDN SADCPV.

Harlin, P. Influence of surface roughness of PVD coatings on tribological performance in sliding contacts / P. Harlin, P. Carlsson, U. Bexell // Surface and Coatings Technology. – 2006. – V. 201. – No. 7. – P. 4253–4259. – DOI 10.1016/j.surfcoat.2006.08.103.

Interrupted machining analysis for Ti6Al4V and Ti5553 titanium alloys using physical vapor deposition (PVD)–coated carbide inserts / N. Khanna, K. S. Sangwan // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part B Journal of Engineering Manufacture. – 2013. – V. 227. – No. 3. – P. 465–470. – DOI 10.1177/0954405412472888.

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