vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2019-64-4-406-412vestift-534Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYЛитые катоды и мишени системы Al–Cr–Nb–Si для нанесения упрочняющих нитридных покрытийCast cathodes and targets of Al–Cr–Nb–Si system for deposition of hardening nitride coatingsВолочкоА. Т.VolochkoA. T.

Волочко Александр Тихонович – доктор технических наук, профессор, начальник отдела.

ул. Академика Купревича, 10, 220141

Alexander T. Volochko – D. Sc. (Engineering), Professor, Department Head.

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk

volochkoat@mail.ruМарковГ. В.MarkovG. V.

Марков Геннадий Васильевич – кандидат технических наук, главный научный сотрудник.

ул. Академика Купревича, 10, 220141

Gennady V. Markov – Ph. D. (Engineering), Senior Researcher.

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk

МельникН. Ю.MelnikN. Yu.

Мельник Наталья Юрьевна – научный сотрудник.

ул. Академика Купревича, 10, 220141

Natalia Yu. Melnik – Researcher.

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk

bukato_n@tut.byФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus201909012020644406412Copyright © Волочко А.Т., Марков Г.В., Мельник Н.Ю., 20202020Волочко А.Т., Марков Г.В., Мельник Н.Ю.Volochko A.T., Markov G.V., Melnik N.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/534

Описан метод определения эвтектических составов трех- и четырехкомпонентных систем для получения катодов и мишеней методом литья. Проведен расчет эвтектических составов сплавов в тройных системах Al–Nb–Si, Cr–Nb–Si и четверной системы Al–Cr–Nb–Si. Методом литья в вакуумной индукционной печи получен катод состава, близкого к эвтектическому, а именно (68Al8Cr4Nb20Si) ат.%. Исследована микроструктура, элементный и фазовый состав материала катода. Температура плавления сплава была определена методом ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии) и составила 570 °С. Представлены результаты исследования упрочняющих нитридных покрытий Al–Cr–Nb–Si–N, полученных методом вакуумного катодно-дугового осаждения в атмосфере азота. В качестве катода использовался разработанный сплав. Установлена зависимость микротвердости покрытий от давления азота. С увеличением давления азота микротвердость покрытий увеличивалась от 15 ГПа при Разота = 1 · 10–2 Па до 30 ГПа при Разота = 7 · 10–2 Па, а затем снижалась до 20 ГПа. Исследован фазовый состав покрытий. Во всех образцах присутствуют фазы AlN, NbN, Si3N4. Коэффициент трения покрытий, полученных при давлении азота (1–50) · 10–2 Па, стабилизировался на уровне 0,75–0,8. Литой катод (68Al8Cr4Nb20Si) ат.% может быть альтернативой для замены используемых в настоящее время порошковых и составных катодов.

The article describes a method for determining eutectic compositions of 3- and 4-component systems for obtaining cathodes and targets by casting. The eutectic compositions of the alloys in the ternary systems Al–Nb–Si, Cr–Nb–Si and the 4-component system Al–Cr–Nb–Si are calculated. The cathode of the eutectic composition (68Al8Cr4Nb20Si) at.%. was obtained by casting in a vacuum-induction furnace. The microstructure of the cathode material is investigated. Phase and elemental analysis are performed. The melting point of the alloy is determined by DSC (differential scanning calorimetry) and is 570 °C. The results of the research of hardening nitride coatings obtained by vacuum arc deposition in a nitrogen atmosphere are presented. The developed alloy of the Al–Cr–Nb–Si system of eutectic composition, namely (68Al8Cr4Nb20Si) at.% is used as a cathode. The dependence of the microhardness of the coatings on the pressure of nitrogen is determined. The microhardness of the coatings obtained at nitrogen pressure of 7 · 10–2 Pa reached 30 GPa. The phase composition of the coatings is investigated. All samples contain AlN, NbN, Si3N4 phases. The coefficient of friction of these coatings is 0.75–0.8. Cast cathode (68Al8Cr4Nb20Si) at.% can be an alternative to replace the currently used powder and composite cathodes.

катодмишеньэвтектические составы сплавовупрочняющее покрытиемикротвердостьcathodetargeteutectic compositions of alloyshardening coatingmicrohardnessReferencesDifferent approaches to superhard coatings and nanocomposites / S. Veprek [et al.] // Thin Solid Films. – 2005. – Vol. 476, iss. 1. – P. 1–29. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.10.053Veprek S., Veprek-Heijman M. G. J., Karvankova P., Prochazka J. Different approaches to superhard coatings and nanocomposites. Thin Solid Films, 2005, vol. 476, iss. 1, pp. 1–29. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.10.053Effect of Nb content on the microstructure and corrosion resistance of the sputtered Cr–Nb–N coatings/ Desheng Wang [et al.] // J. Alloys Compd. – 2018. – Vol. 740. – P. 510–518. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.034Desheng Wang, Yanlong Fu, Ming Hu, Dong Jiang, Xiaoming Gao, Qinqin Wang, Jun Yang, Jiayi Sun, LijunWeng. Effect of Nb content on the microstructure and corrosion resistance of the sputtered Cr-Nb-N coatings. Journal of Alloys and Compounds, 2018, vol. 740, pp. 510–518. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.034Крукович, М. Г. Расчет эвтектических концентраций и температуры в двух- и многокомпонентных системах / М. Г. Крукович // Материаловедение и термическая обработка металлов. – 2005. – № 10. – С. 9–17.Krukovich M. G. Calculation of eutectic concentrations and temperatures in two- and multicomponent systems. Materialovedenieitermicheskayaobrabotkametallov[Materials Science and Heat Treatment of Metals], 2005, no. 10, pp. 9–17 (in Russian).Experimental study of the solid-liquid phase equilibria at the Si-rich region of the Cr-Nb-Si system / Y. Graz [et al.] // CALPHAD. – 2017. – Vol. 56. – P. 154–159. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2016.10.005Graz Y., David N., Fiorani J. M., Mathieu S., Mathieu S., Coelho G. C., Vilasi M. Experimental study of the solid-liquid phase equilibria at the Si-rich region of the Cr-Nb-Si system. CALPHAD, 2017, vol. 56, pp. 154–159. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2016.10.005

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