Морфологічні особливості структур поверхонь руйнування високоентропійних покриттів

П. Ю. Волосевич, С. Ю. Макаренко, А. В. Прошак, В. Є. Панарін, М. Є. Свавільний, В. І. Бондарчук

Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 02.10.2018; остаточний варіант - 12.05.2019. Завантажити: PDF

В роботі розглянуто вплив матеріалу підкладок з міді і нержавіючої сталі на закономірності формування структури поверхонь руйнування та особливості розподілу вздовж них легувальних елементів у покриттях, отриманих методом конденсації з іонним бомбардуванням, шляхом вакуумно-дугового розпилення катоду з високоентропійного сплаву еквіатомного складу AlCuCoFeNiCr. Продемонстровано особливості впливу змін теплофізичних параметрів в системі покриття–підкладка на формування структур та поверхонь руйнування покриттів. При цьому встановлено, що навіть в шарах покриттів, наближених до поверхонь підкладок, де згідно коефіцієнтів їх теплопровідності швидкість охолодження на міді повинна до восьми разів перевищувати випадок із нержавіючою сталлю, очікуваного ефекту подрібнення структур у випадку мідної підкладки (0,5–2,5 мкм) не спостерігається, на відміну від значного зменшення розмірів цих структур до <0,5 мкм, що відбувається по всій товщині покриття, знятого із нержавіючої сталі. У той же час у покритті на міді процес диспергування структур не тільки слабший, а й закінчується на відстані до 10 мкм від контактної з підкладкою поверхні. Це супроводжується зміною характеру руйнування на згин у покритті з мідної підкладки від квазікрихкого з мінімальними ознаками пластичної деформації при високому ступені її локалізації в області диспергованих структур до крихко-в’язкого з фрагментами інтеркристалітного розшарування в перехідних зонах. В’язкий механізм з інтеркристалітними ознаками руйнування вздовж границь стовпчастих елементів структури спостерігається аж до поверхні покриття. У той же час поверхня руйнування у покритті з нержавіючої сталі має переважно транскристалітний характер. Крім того, збільшення значень структурних параметрів у покритті з міді супроводжується підвищенням неоднорідності розподілу в структурах поверхні руйнування хімічних елементів у бік утворення сполуки Cu–Ni–Al. Збільшення ймовірності її зародження і розмірів відповідних областей відбувається в обох покриттях по мірі віддалення від контактних із підкладками поверхонь. Зокрема підтверджено, що обидва покриття мають подібний до катоду хімічний склад, а відмінності у структурних змінах пов’язані із значно більшою швидкістю нагрівання мідної підкладки, підвищеною температурою покриття на ній та, відповідно, краще розвиненими процесами формування структур та розпаду твердого розчину.

Ключові слова: іонно-плазмові покриття, високоентропійний сплав, швидкість нагрівання, структура поверхонь руйнування, хімічний склад.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).