Современная электрометаллургия, 2014, №01



2014 №01 (02)

2014 №01 (04)

---

Современная электрометаллургия, 2014, #1, 19-27 pages

УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗДЕФЕКТНЫХ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Al-Cu-Fe СПОСОБОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ВАКУУМНОГО ОСАЖДЕНИЯ

С. С. Полищук¹, А. И. Устинов², В. А. Теличко², Г. Моздзен³, А. Мерсталлингер³, Т. В. Мельниченко²

¹Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины. 03680, Киев, б-р Академика Вернадского, 36. E-mail: polis7@yandex.ua
²Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
³Aerospace & Advanced Composites GmbH. Viktor Kaplan-Strasse 2, 2700 Wiener Neustadt, Austria. E-mail: andreas.merstallinger@aac-research.at
 
 
Abstract
Показано, что покрытия с квазикристаллической структурой системы AlДCuДFe могут быть получены способом электронно-лучевого вакуумного осаждения при температурах подложки 570...870 К. В осажденных таким образом покрытиях иногда обнаруживаются сквозные трещины. Рентгенодифракционным методом установлено, что остаточные напряжения в бездефектных покрытиях AlДCuДFe линейно возрастают с увеличением температуры их осаждения, что связывается с ростом термических напряжений, обусловленных различием в линейных коэффициентах термического расширения (ЛКТР) подложки и покрытия. В случаях, если в процессе охлаждения подложки до комнатной температуры упругие напряжения достигают некоторого критического значения, они приводят к образованию сквозных трещин. Из анализа зависимости уровня остаточных напряжений в покрытии от температуры осаждения был определен ЛКТР (ac = (17,1С1,3)р10Д6/КД1) материала покрытия. Вязкость разрушения покрытия оценили как Г = 15,7С1,1 ДжрмД2. Полученные характеристики покрытия AlДCuДFe использовали для расчета его критической толщины, при которой сохраняется бездефектная структура поверхности в зависимости от материала подложки и температуры осаждения покрытия. Экспериментальные исследования структуры поверхности покрытий, осажденных при различных значениях температуры на подложки из сталей K600, K890 и K110, показали, что сквозное растрескивание покрытий не зафиксировано в тех случаях, когда их толщина меньше рассчитанной критической. Библиогр. 19, табл. 5, ил. 10.
 
 
Keywords: квазикристалл; покрытие; электронно-лучевое вакуумное осаждение; трещины; температура осаждения; термические напряжения в покрытиях; критическая толщина покрытия
 
 
Received:                04.12.13
Published:               17.02.14
 
 
References
1. Sordelet D. J., Dubois J. M. Quasicrystals: perspectives and potential applications // MRS Bulletin. - 1997. - 22. - P. 34-37.
2. Sordelet D. J., Kim J.S., Besser M.F. Dry sliding of polygrained quasicrystalline and crystalline Al-Cu-Fe alloys// MRS Proceedings. - 1999. - 553. - Р. 459-470.
3. Ustinov A. I., Movchan B. A., Polishchuk S. S. Formation of nanoquasicrystalline Al-Cu-Fe coatings at electron beam physical vapour deposition // Scripta Materialia. - 2004. - 50, № 4. - P. 533-537.
4. Ustinov A. I., Polishchuk S. S. Peculiarities of the structure and properties of quasicrystalline Al-Cu-Fe coatings produced by Eb PVD process // Phil. Mag. - 2006. - 86. - P. 971-977.
5. Effect of grain size on the damping capacity of quasicrystalline AlДCuДFe materials / A. I. Ustinov, S. S. Polishchuk, V.S. Skorodzievskii, V. V. Bliznuk // Surface and Coat. Tech. - 2008. - 202. - P. 5812-5816.
6. Hutchinson J. W., Suo Z. Mixed mode cracking in layered materials // Advances in Applied Mechanics. - 1992. - 29. - Р. 63-191.
7. Ye T., Suo Z., Evans A. G. Thin film cracking and the roles of substrate and interface // Inter. J. Solids Structures. - 1992. - 29, № 21. - Р. 2639-2678.
8. Residual stress in as-deposited AlДCuДFeДB quasicrystalline thin films / S. Polishchuk, P. Boulet, A. Mezin et al. // J. Mater. Res. - 2012. - 27, № 5. - Р. 837-844.
9. Birkholz M., Genzel C., Fewster Р. Thin film analysis by X-ray scattering. - Weinheim: Wiley-VCH, 2006. – 356 р.
10. Cahn J. W., Shechtman D., Gratias D. Indexing of icosahedral quasiperiodic crystals // J. Mater. Res. - 1986. - 1, № 1. - Р. 13-26.
11. Noyan C., Cohen J. B. An X-ray diffraction study of the residual stress-strain distributions in shot-peened two-phase brass // Mater. Sci. Eng. - 1985. - 75. - Р. 179-193.
12. Balasingh C., Singh A. K. Residual stresses and their measurements by X-ray diffraction methods // Metals Materials and Processes. - 2000. - 12. - № 2, 3. - Р. 269-280.
13. Beuth J. L. Cracking of thin bonded films in residual tension // Intern. J. Solids structures. - 1992. - 29, №13. - P. 1657-1675.
14. Mechanical properties of quasicrystalline AlДCuДFe coatings with submicron-sized grains / Yu. V. Milman, D. V. Lotsko, S. Dub et al. // Surface and Coating. Technology. - 2007. - 201. - № 12. - P. 5937-5943.
15. Tanaka K., Mitarai Y., Koiwa M. Elastic constants of Al-based icosahedral quasicrystals // Phil. Mag. A. - 1996. - 73, № 6. - P. 1715-1723.
16. Tsai A. P., Inoue A., Masumoto T. A stable quasicrystal in AlДCuДFe system // Jpn. J. Appl. Phys. - 1987. - 26. - P. 1505-1507.
17. Thornton J. A., Hoffman D. W. Stress-related effects in thin films // Thin Solid Films. - 1989. - 171, № 1. - P. 5-31.
18. Thouless M. D., Olsson E., Gupta A. Cracking of brittle films on an elastic substrate // Acta Metallurgica et Materialia. - 1992. - 40. - P. 1287-1292.
19. Mechanical properties of quasicrystalline and crystalline phases in Al-Cu-Fe alloys / U. Koster, W. Liu, H. Liebertz et al. // J. Non-Cryst Solids. - 1993. – 153-154. - P. 446-452.