Морфологические особенности структур поверхностей разрушения высокоэнтропийных покрытий

П. Ю. Волосевич, С. Ю. Макаренко, А. В. Прошак, В. Е. Панарин, М. Е. Свавильный, В. И. Бондарчук

Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 02.10.2018; окончательный вариант - 12.05.2019. Скачать: PDF

В работе рассмотрено влияние материала подложек из меди и нержавеющей стали на закономерности формирования структуры поверхностей разрушения и особенности распределения вдоль них легирующих элементов в покрытиях, полученных методом конденсации с ионной бомбардировкой катода из высокоэнтропийного сплава эквиатомного состава AlCuCoFeNiCr. Продемонстрированы особенности влияния изменений теплофизических параметров в системе покрытие–подложка на формирование структур и поверхностей разрушения покрытий. При этом установлено, что даже в слоях покрытий, приближённых к поверхностям подложек, где согласно коэффициентам их теплопроводности скорость охлаждения на меди должна до восьми раз превышать случай с нержавеющей сталью, ожидаемого эффекта измельчения структур в случае медной подложки (0,5–2,5 мкм) не наблюдается. В тоже время значительное измельчение этих структур до размеров <0,5 мкм происходит по всей толщине покрытия, снятого с нержавеющей стали. В покрытии с меди процесс диспергирования структур слабее, и заканчивается на расстоянии до 10 мкм от контактной с подложкой поверхности. Это сопровождается изменением характера разрушения на изгиб покрытия с медной подложки от квазихрупкого с минимальными признаками пластической деформации при высокой степени её локализации в области диспергированных структур к хрупко-вязкому с фрагментами интеркристаллитного расслоения в переходных зонах. Вязкий механизм с участием интеркристаллитного разрушения вдоль границ столбчатых элементов структуры наблюдается вплоть до поверхности покрытия. В тоже время поверхность разрушения у покрытия с нержавеющей стали имеет преимущественно транскристаллитный характер. Кроме того, увеличение значений структурных параметров в покрытии с меди сопровождается повышением неоднородности распределения в структурах поверхности разрушения химических элементов в сторону образования соединения Cu–Ni–Al. Увеличение вероятности его зарождения и размеров соответствующих областей происходит в обоих покрытиях по мере удаления от поверхности контакта с подложкой. В частности подтверждено, что оба покрытия имеют подобный катоду химический состав, а различия в структурных изменениях связаны со значительно большей скоростью нагрева медной подложки, повышенной температурой покрытия на ней и, соответственно, лучше развитыми процессами формирования структур и распада твёрдого раствора.

Ключевые слова: ионно-плазменные покрытия, высокоэнтропийный сплав, скорость нагрева, структура поверхностей разрушения, химический состав.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i01/0051.html

PACS: 68.35.bd, 68.35.Gy, 68.37.Hk, 68.55.-a, 81.40.Np, 81.70.Jb


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. И. И. Аксенов, А. А. Андреев, В. А. Белоус, В. Е. Стрельницкий, В. М. Хороших, Вакуумная дуга: источники плазмы, осаждение покрытий, поверхностное модифицирование (Киев: Наукова думка: 2012).
  2. Michael C. Gao, Jien-Wei Yeh, Peter K. Liaw, and Yong Zhang, High-Entropy Alloy. Fundamentals and Applications (Springer: 2016). Crossref
  3. J. W.Yeh, S. K. Chen, S. J. Lin, J. Y. Gan, T. S. Chin, T. T. Shun, C. H. Tsau, and S. Y. Chang, Adv. Eng. Mater., 6, Iss. 5: 299 (2004). Crossref
  4. M. V. Ivchenko, V. G. Pushin, A. N. Uksusnikov, and N. Wanderka, Fiz. Met. Metallogr., 114, Iss. 6: 514 (2013). Crossref
  5. Chung-Jin Tong, Min-Rui Chen, Jien-Wei Yeh, Su-Jien Lin, Swe-Kai Chen, Tao-Tsung Shun, and Shou-Yi Chang, Metall. Mater. Transac. A, 36, Iss. 5: 1263 (2005). Crossref
  6. S. Surinphong, Basic Knowledge about PVD Systems and Coatings for Tools Coating (1998).
  7. Г. Ф. Ивановский, В. И. Петров, Ионно-плазменная обработка материалов (Москва: Радио и связь: 1986).
  8. Ch.-Ch. Tung, J.-W. Yeh, T.-Т. Shun, S.-K. Chen, Yu.-Sh. Huang, and H.-Ch. Chen, Mater. Lett., 61, Iss. 1: 1 (2007). Crossref
  9. S. Singh, N. Wanderka, B. S. Murty, U. Glatzel, and J. Banhart, Acta Mater., 59: 182 (2011). Crossref
  10. M. В. Ивченко, В. Г. Пушин, Н. Вандерка, Техническая физика, 84: 57 (2014).
  11. В. M. Надутов, П. Ю. Волосевич, A. В. Прошак, В. E. Панарин, Н. E. Свавильный, Металлофиз. новейшие технол., 39, № 11: 1525 (2017). Crossref
  12. Н. Е. Свавильный, Металлофиз. новейшие технол., 38, № 2: 247 (2016). Crossref
  13. П. Ю. Волосевич, С. А. Беспалов, Металлофиз. новейшие технол., 24, № 11: 1573 (2002).
  14. И. С. Мирошниченко, Закалка из жидкого состояния (Москва: Металлургия: 1982).