New superhard coatings based on Ti-Hf-Si-N featuring high physical and mechanical properties were fabricated. We employed a vacuum-arc source with HF stimulation and a cathode sintered from Ti-Hf-Si. Nitrides were fabricated using atomic nitrogen (N) or a mixture of Ar/N, which were leaked-in a chamber at various pressures and applied to a substrate potentials. RBS, SIMS, GT-MS, SEM with EDXS, XRD, and nanoindentation were employed as analyzing methods of chemical and phase composition of thin films. We also tested tribological and corrosion properties. The resulting coating was a two-phase, nanostructured nc-(Ti, Hf)N and <$E alpha - roman {Si sub 3 N sub 4}>. Sizes of substitution solid solution nanograins changed from 3,8 to 6,5 nm, and an interface thickness surrounding <$E alpha - roman {Si sub 3 N sub 4}> varied from 1,2 to 1,8 nm. Coatings hardness, which was measured by nanoindentation was from 42,7 to 48,6 GPa, and an elastic modulus was E = (450 to 515) GPa. The films stoichiometry was defined for various deposition conditions. It was found that in samples with superhard coatings of 42,7 to 48,6 GPa hardness and lower roughness in comparison with other series of samples, friction coefficient was equal to 0,2, and its value did not change over all depth (thickness) of coatings. A film adhesion to a substrate was essentially high and reached 25 MPa.

By means of X-ray diffraction, transmission and scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and indentation methods, the effect of nitrogen atmosphere pressure on composition, structure and hardness of vacuum-arc (Ti - Al - Zr - Nb - Y)N coatings during the deposition process has been studied. The two-phase state of the coating with solid-solution metal component (bcc lattice) and nitride phase (fcc lattice) have been formed. Increasing the pressure of nitrogen atmosphere leads to the increase of nitrogen component in the coating as well as to increase of the ordering regions size, allowing to achieve the hardness of H = 49 GPa at a pressure of P = 0,5 Pa.

С помощью метода вакуумно-дугового осаждения получены покрытия на основе (Ti - Zr - Nb)N. Изучены их физико-механические свойства и триботехнические характеристики. Коэффициент трения системы "покрытие - Al2O3" составляет 1,1. Покрытия характеризуются столбчатой структурой, твердость покрытий достигает НV0,05 = 44,57 ГПа.

The paper compares the tribological characteristics of the coatings (Ti - Hf - Zr - V - Nb - Ta)N and (Ti - Hf - ZrV - Nb - Ta)N + DLC obtained by means of vacuum-arc deposition method. Coefficients of friction for nitride coatings (Ti - Hf - Zr - V - N - Ta)N have an average value of 1,06; for nitride coatings with DLC the value was 0,5 in the beginning, and then decreased to 0,14. To achieve high performance for functional coatings consisting of two layers - the bottom - and top-nitride DLC it is necessary to ensure the formation of a layer of solid lubricant in the areas of actual contact while retaining the structure of the coating.

A comprehensive study of the influence of the thickness of the layers, U_s and P_N on the structural engineering to obtain high mechanical properties in multilayer composite MoN/CrN vacuum-arc coatings has been conducted by means of scanning electron microscopy with energy analysis, X-ray diffraction studies microindentation and scratch testing methods. It has been determined that in the studied P_N = (2 - 30) x 10^-4 Torr, the content of nitrogen in the coatings varies from 0,3 to 33 at. %. which leads even at the greatest nitrogen content to the formation of lower phase by nitrogen. γMo₂N and isostructural CrN with the vacant sites in the nitrogen sublattice. The increase of thickness of the layers applied on the substrate in a stationary state promotes the increase of nitrogen content. Along with this, the lowest microdeformation and the average size of crystallites are formed at U_b = - 300 V, which defines the achievement of greater hardness of 35 GPa and high adhesion strength, which resists the destruction, L_c5 = 187,6 N.

Зазначено, що нітриди перехідних металів Mo та Cr характеризуються порівняно низькою теплотою утворення. Вивчено можливості елементної та структурної інженерії вакуумно-дугових покриттів на основі Mo та Cr під впливом потенціалу зсуву Us і тиску реакційного газу PN. Виявлено, що за порівняно невеликої товщини шарів нанометрового порядку, який забезпечує надтвердий стан покриттів, подача Us величиною, що перевищує критичне значення, призводить до падіння твердості, що можна пояснити перемішуванням шарів міжфазної межі.

У стислому огляді узагальнено результати досліджень структури та властивостей наномасштабних багатошарових покриттів нітридів тяжкотопких металів. На прикладі TiN/MoN-, TiN/ZrN-, CrN/MoN- та більш складних (багатошарових) (TiZrNbTaHf)N/WN:(TiZrNbTaHf)N/MoN-покриттів, одержаних за методом вакуумно-дугового осадження катоду, досліджено та проаналізовано залежності їх твердості, зносостійкості, тертя, корозії та окиснення від умов осадження та товщини шарів. Відмічено закономірності структури та властивостей поведінки даних наномасштабних багатошарових покриттів від розміру нанозерен, текстури та напруг, що виникають у цих покриттях.

Определены физические факторы, влияющие на структурное состояние и фазовый состав нитридных покрытий на основе многокомпонентных сплавов, полученных с помощью метода вакуумно-дугового осаждения. Показано, что повышение парциального давления азота обеспечивает формирование однофазного твердого раствора с ГЦК кристаллической решеткой. При давлении азотной среды ниже 10<^>-3 Па формируется однофазный твердый раствор с ОЦК решеткой, а в пределах давления азота <$EP sub N ~=~10 sup -3 ~-~8~times~10 sup -2> Па наблюдается двухфазная система твердых растворов с ОЦК и ГЦК решеткой. При потенциале смещения -70 В наблюдается текстура (100); в пределах изменения потенциала смещения (-70 В ... -90 В), появляется текстура [100] + [111]. В диапазоне Ub от -120 В до -150 В наблюдается текстура [111] и, с повышением потенциала смещения, наблюдается текстура [111] + [110].

Проаналізовано вплив умов осадження на структурно-фазовий стан і термічну стабільність вакуумно-дугових покриттів на основі шарів Ti(Al):Si. Досліджено однофазні одношарові покриття, а також багатоперіодні бішарові покриття з прошарками другої фази з нітриду одного з трьох металів - Mo, Cr, Zr. Виявлено, що у покритті можуть формуватися гратки гексагонального і кубічного типів, причому перехід до кубічної гратки відбувається за вмісту Al близько 25 ат. %. Наявність у бішарових багатоперіодних композиціях других нанорозмірних (7 - 8 нм) шарів, що складаються з одного нітрида з групи CrNx, MoNx або ZrNx, не змінює тип гратки в [Ti(Al):Si]Nx шарах. У шарах CrNx і ZrNx також формується ГЦК гратка з сильно або слабовираженою текстурою [111], а в шарах MoNx - кристаліти з граткою гексагонального типу. Високотемпературний відпал за температури <$E700~symbol Р roman C> протягом 10 хв призводить до значного (на 23 % або до <$EH sub mu ~=~17,56> ГПа) підвищення мікротвердості покриття системи [Ti(Al):Si]Nx/ZrNy, внаслідок формування нанорозмірної структури з середнім розміром кристалітів у [Ti(Al):Si]Nx шарах 3,8 нм, а в ZrN шарах - 6,3 нм.

Досліджено структуру та властивості наномасштабних багатошарових покриттів на основі (TiZr)N та (TiSi)N, сформованих за ваккумно-дуговим методом. Проаналізовано вплив парціального тиску азоту на структурно-фазовий стан покриттів. Нітридні фази є сильно текстурованими, кристалографічні площини (111) більшості зерен орієнтовані паралельно до поверхні. Розраховано розміри областей когерентного розсіювання і рівні мікроспотворень гратів. Твердість покриттів досягала 37,1 ГПа, а навантаження адгезійного руйнування перевищує 150 H. Технологія процесу забезпечує високу однорідність і низьку дефектність сформованого покриття.

За допомогою методу реакції у твердій фазі синтезовано керамічну систему Y2O3 - ZrO2 - SrTiO3 - BiScO3. Одержано частотну та температурну залежності електропровідності кераміки Y2O3 - ZrO2 - SrTiO3 - BiScO3. За температури вище 500 К виявлено діелектричну релаксацію керамічної системи Y2O3 - ZrO2 - SrTiO3 - BiScO3, енергія активації процесу релаксації склала 1,25 еВ. Встановлено, що енергія активації процесу провідності керамічної системи Y2O3 - ZrO2 - SrTiO3 - BiScO3 склала 1,01 еВ.

У стислому огляді літературних даних узагальнено результати досліджень структури та властивостей наномасштабних багатошарових покриттів тяжкотопких металів на основі Zr та Cr, одержаних за допомогою методів вакуумно-дугового осадження катоди. Проведено порівняльну аналізу мікроструктури та властивостей композиційних покриттів ZrN/CrN, залежно від умов осадження (постійного негативного потенціалу підложжя, імпульсного високовольтного потенціалу зміщення, парціального тиску, швидкості потоку робочого газу) та періоду модуляції багатошарової структури. Виявлено загальні закономірності, що полягають у наявності стовпчастої структури та текстури росту. Показано, що для досліджуваних покриттів має місце переважна орієнтація (111). Визначено умови одержання поліпшених фізико-механічних і трибологічних властивостей покриттів.