Воздействие высокотемпературного ионного облучения на наноструктурированные покрытия TiAlN

Abstract

Методом реактивного магнетронного распыления сформированы наноструктурированные покрытия TiAlN на подложках из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Полученные покрытия TiAlN подвергнуты облучению ионами Ar+ c энергией 200 кэВ в диапазоне флюенсов от 2,5 ⋅ 1016 до 2,0 ⋅ 1017 ионов на 1 см2 при температуре 480 °С. С использованием энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного фазового анализа исследованы элементный состав, структурно-фазовое состояние и морфология исходных и облученных покрытий. Проведено наноиндентирование полученных структур по методике Оливера и Фарра, определены нанотвердость (Н ), модуль Юнга (E ), а также рассчитана ударная вязкость исследуемых покрытий как соотношение H/E ∗. Установлено формирование однофазной структуры твердого раствора (Ti, Al)N покрытий в исходном состоянии. Обнаружен эффект селективного распыления наиболее легкого компонента – азота – из покрытий. До флюенса облучения 1,0 ⋅ 1017 ионов на 1 см2 не выявлено существенных изменений в структурно-фазовом состоянии покрытий. При флюенсе облучения 2,5 ⋅ 1016 ионов на 1 см2 отмечено улучшение комплекса прочностных свойств покрытий TiAlN. Сделан вывод, что наноструктурированные покрытия TiAlN являются радиационно стойкими до флюенса облучения 2,0 ⋅ 1017 ионов на 1 см2, при котором наблюдаются начало сегрегации твердого раствора (Ti, Al)N как основной фазы покрытий и эффект блистеринга.