Structural engineering and functional properties of vacuum-arc coatings of high-entropy (TiZrNbVHf)N and (TiZrNbVHfTa)N alloys nitrides

Abstract

The effect of nitrogen pressure during the deposition of vacuum-arc (TiZrNbVHf)N and (TiZrNbVHfTa)N coatings on their phase-structural state, substructure and resistance to abrasive wear was investigated. It was established that in multi-element (based on high-entropy alloys) (TiZrNbVHf)N and (TiZrNbVHfTa)N coatings obtained in a nitrogen atmosphere in the range of nitrogen pressures PN = 2.5 ·10-4-4.5 ·10-3 Torr, a single-phase state is formed (based on cubic crystal lattice of structural type NaCl). The use of a multi-element composition with a single-phase state with a cubic lattice allows for (Ti-V-Zr-Nb-Hf-Ta)N coatings to achieve high microstrain values (up to 1.2 %) at low deposition pressure. It was found that high-entropy nitride coatings with low abrasive wear are characterized by a crystallite grain size of less than 50 nm, the absence or low level of texture perfection [111], and the presence of a rather high microstrain in crystallites (reaching 1.2 %). The reasons for the observed changes in the structural state and substructure of multi-element nitride coatings and their effect on abrasive resistance are discussed.Досліджено вплив тиску азоту під час нанесення вакуумно-дугових (TiZrNbVHf)N та (TiZrNbVHfTa)N покриттів на їх фазово-структурний стан, субструктуру та стійкість до абразивного зношування. Встановлено, що в багатоелементних (на основі високоентропійних сплавів) (TiZrNbVHf)N і (TiZrNbVHfTa)N покриттях, отриманих в атмосфері азоту в діапазоні тисків азоту PN = 2,5 ·10-4-4,5 ·10-3 Торр утворюється однофазний стан (на основі кубічної кристалічної решітки структурного типу NaCl). Застосування багатоелементної композиції з однофазним станом з кубічною ґраткою дозволяє досягти високих значень мікродеформацій (до 1,2 %) покриттів (Ti-V-Zr-Nb-Hf-Ta)N при низькому тиску осадження. Встановлено, що високоентропійні нітридні покриття з низьким абразивним зношуванням характеризуються розміром зерна кристаліту менше 50 нм, відсутністю або низьким рівнем досконалості текстури [111], а також наявністю досить високої мікродеформації в кристалітах (досягає 1,2 %). Обговорено причини спостережуваних змін у структурному стані та субструктурі багатоелементних нітридних покриттів та їх вплив на абразивну стійкість.