Abstract
With the development of nuclear industry, the requirements for materials capable of operating under the conditions of ionizing radiation have increased. Such materials are nitride coatings based on titanium and chromium. In the work, using X-ray diffraction, X-ray microanalysis, nanoindentation method of Oliver and Farr, scratch testing, the structural phase state and the mechanical properties of nanostructured Cr–N and Ti–Cr–N coatings formed by vacuum-arc deposition from filtered plasma on substrates of steel 12X18H10T and alloy Zr2.5%Nb are investigated. It is established that the coating based on titanium and chromium has a single-phase structure (Ti,Cr)N with a face-centered cubic crystal lattice (FCC), and the coating based on chromium consists of chromium nitride CrN (FCC). It is shown that the Ti–Cr–N coating has greater hardness and toughness than the Cr–N coating. The Ti–Cr–N coating, due to its alloying with Ti atoms, has a higher adhesive strength as compared to the Cr–N coating. At the same time, in the Ti–Cr–N coating, the adhesive strength for a substrate made of Zr2.5%Nb alloy is ≈2 times greater than for a substrate based on steel 12X18H10, which may be associated with the formation of solid solutions between Ti and Zr elements. It is shown that on the contrary, the Cr–N coating can withstand heavy loads before tearing from a substrate based on steel 12X18H10T than from that based on a Zr2.5%Nb alloy. On the basis of the obtained data, one can say about the positive effect on the mechanical properties of titanium additive in the chromium-based coating composition.
Highlights
Elemental composition of the formed coatings according to the EPMA results, at.%
N. Sevchenko Institute of Applied Physics Problems of the Belarusian State University (7, Kurchatov Str., 220045, Minsk, Republic of Belarus)
Summary
Покрытие Ti–Cr–N, нанесенное на сплав Zr2,5%Nb, имеет бóльшую нагрузку разрушения, чем это же покрытие, нанесенное на подложку из стали 12Х18Н10Т. Покрытие Cr–N на стали 12Х18Н10Т характеризуется меньшей адгезионной прочностью, чем Ti–Cr–N на этой же стали, о чем свидетельствует меньшая нагрузка разрушения покрытия, составляющая 15 Н. По нашему мнению, может быть связано с тем, что в составе Fe–Cr–Ni стальной подложки (12Х18Н10Т) и покрытия Cr–N присутствуют атомы хрома, что может способствовать образованию более прочной связи между покрытием и подложкой. Что исследуемое покрытие Ti-Cr–N имеет бóльшую нагрузку отслаивания по сравнению с покрытием Cr–N на разных подложках, что свидетельствует о его лучших адгезионных свойствах, чем покрытия Cr–N. Установлено, что покрытие Cr–N имеет более высокую нагрузку отслаивания от стали 12Х18Н10Т, чем от сплава Zr2,5%Nb. Сделано заключение, что повышенная адгезионная прочность между покрытием Ti–Cr–N и подложкой из сплава Zr2,5%Nb связана с возможностью образования непрерывных твердых растворов между Ti и Zr. a b c d Рис. Зависимость акустической эмиссии, коэффициента трения и нагрузки на индентор от времени испытаний для покрытий: Cr–N на подложках 12Х18Н10Т (а) и Zr2,5%Nb (b); Ti–Cr–N на подложках 12Х18Н10Т (c) и Zr2,5%Nb (d)
Sign-in/Register to view highlights & summary Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callMore From: Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series
Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
