Search

In this work, we study general features of a regime where gauge fields produced during inflation cause a strong backreaction on the background evolution and its impact on the spectrum and the correlation length of gauge fields. With this aim, the gradient-expansion formalism previously proposed for the description of inflationary magnetogenesis in purely kinetic or purely axial coupling models, is extended to the case when both types of coupling are present. As it is formulated in position space, this method allows us to self-consistently take into account the backreaction of generated gauge fields on the inflationary background because it captures the nonlinear evolution of all physically relevant gauge-field modes at once. Using this extended gradient-expansion formalism, suitable for a wide range of inflationary magnetogenesis models, we study the gauge-field production in a specific generalization of the Starobinsky $R^2$-model with a nonminimal coupling of gauge fields to gravity. In the Einstein frame, this model implies, in addition to an asymptotically flat inflaton potential, also a nontrivial form of kinetic and axial coupling functions which decrease in time and, thus, are potentially suitable for the generation of gauge fields with a scale-invariant or even red-tilted power spectrum. The numerical analysis shows, however, that backreaction, which unavoidably occurs in this model for the interesting range of parameters, strongly alters the behavior of the spectrum and does not allow to obtain a sufficiently large correlation length for the magnetic field. The oscillatory behavior of the generated field, caused by the retarded response of the gauge field to changes of the inflaton velocity, was revealed., Comment: 25 pages, 9 figures, revised version, submitted to PRD

Goal. The influence of electrolysis conditions at different electrolyte compositions on the phase formation of coatings obtained by micro-arc oxidation (MDO) on an aluminum alloy D16 was studied. Method. For electrolysis, two types of electrolytes were used: alkaline electrolyte (solution (KOH) in distilled water), silicate electrolyte (with different percentages of Na2SiO3 component). Research results. It was found that the phase composition of the MAO coatings obtained in an alkaline (KOH) electrolyte mainly consists of γ - Al2O3 phases and, to a much lesser extent, the α-Al2O3 phases. An increase in the KOH concentration leads to a shift in the γ – Al2O3 → α – Al2O3 polymorphic reaction toward the formation of the hardest α-Al2O3 phase (corundum). The formation of the preferred orientation of the growth of crystallites of γ – Al2O3 and α – Al2O3 phases during their formation in an alkaline electrolyte was not detected. Scientific novelty. A significant influence on the mechanism and processes of coating formation is made by the addition of liquid glass (Na2SiO3) in the electrolyte. In this case, the growth rate of the coating increases significantly, but the size of the ordering regions decreases from crystalline to X-ray amorphous. The phase composition of the MAO coatings, when they are formed in a silicate electrolyte, varies from a mixture of the γ - Al2O3 phase and mullite (3Al2O3 • 2SiO2) with a low content of liquid glass (10 g/l Na2SiO3) to the formation of only the X-ray amorphous phase with a high content of liquid glass in the electrolyte (50 g/l Na2SiO3). Practical significance. It was concluded that the use of an alkaline or silicate electrolyte with different percentages allows a wide variation of both the phase composition and structural state (α- Al2O3 and γ- Al2O3 phases, mullite (3Al2O3 • 2SiO2) or X-ray amorphous state) and the kinetics of growth the coating itself.

Axion inflation coupled to the Standard Model (SM) hypercharge gauge sector represents an attractive scenario for the generation of primordial hypermagnetic fields. The description of this scenario is, however, complicated by the Schwinger effect, which gives rise to highly nonlinear dynamics. Hypermagnetogenesis during axion inflation in the absence of nonlinear effects is well studied and known to result in a hypermagnetic energy density that scales like $H^4\,e^{2\pi\xi}/\xi^5$, where $\xi$ is proportional to the time derivative of the axion-vector coupling in units of the Hubble rate $H$. In this paper, we generalize this result to the full SM case by consistently taking into account the Schwinger pair production of all SM fermions. To this end, we employ the novel gradient-expansion formalism that we recently developed in [2109.01651], and which is based on a set of vacuum expectation values for bilinear hyperelectromagnetic functions in position space. We parametrize the numerical output of our formalism in terms of three parameters ($\xi$, $H$, and $\Delta$, where the latter accounts for the damping of subhorizon gauge-field modes because of the finite conductivity of the medium) and work out semianalytical fit functions that describe our numerical results with high accuracy. Finally, we validate our results by comparing them to existing estimates in the literature as well as to the explicit numerical results in a specific inflationary model, which leads to good overall agreement. We conclude that the systematic uncertainties in the description of hypermagnetogenesis during axion inflation, which previously spanned up to several orders of magnitude, are now reduced to typically less than 1 order of magnitude, which paves the way for further phenomenological studies., Comment: 22 pages, 5 figures

We study the generation of the chiral charge during axion inflation where the pseudoscalar inflaton field $\phi$ couples axially to the electromagnetic field through the term $(\beta/M_p)\phi\,\boldsymbol{E}\cdot\boldsymbol{B}$ with dimensionless coupling constant $\beta$. To describe the evolution of electromagnetic field and determine $\langle\boldsymbol{E}\cdot\boldsymbol{B}\rangle$ sourcing the chiral asymmetry during inflation due to the chiral anomaly, we employ the gradient expansion formalism. It operates with a set of vacuum expectation values of bilinear electromagnetic functions and allows us to take into account the backreaction of generated fields on the inflaton evolution as well as the Schwinger production of charged fermions. In addition, we include the chiral magnetic effect contribution to the electric current $\boldsymbol{j}_{\rm CME}=e^{2}/(2\pi^2)\mu_{5}\boldsymbol{B}$, where $\mu_5$ is the chiral chemical potential which quantifies the chiral charge production. Solving a set of equations for the inflaton field, scale factor, quadratic functions of the electromagnetic field, and the chiral charge density (chiral chemical potential), we find that the chirality production is quite efficient leading to the generation of a large chemical potential at the end of axion inflation., Comment: 13 pages, 2 figures. arXiv admin note: text overlap with arXiv:2109.01651

Purposeof the work: to establish the regularities of the alkali-silicate electrolyte composition influence and the conditions of electrolysis during microarc oxidation of the AMг3 aluminum alloy on the kinetics of the oxide coating formation, its structure and the conditions for the formation of the α-Al2O3 phase. Results. The possibility of forming high-density MAO coatings on the AMг3 aluminium alloy during electrolysis in alkali-silicate electrolytes has been determined. The regularities of the kinetics of MAO coatings growth at different electrolyte composition and oxidation time were revealed. It was found that the phase composition of MAO coatings consists of the following phases − α-Al2O3, γ-Al2O3, and mullite (3Al2O3•2SiO2), the ratio of which changes with a change in the amount of sodium silicate (Na2SiO3). It was found that addition of an inorganic soluble salt dopant to the electrolyte, which contains oxygen (K2Cr2O7), leads to a qualitative change in the phase composition − an increase in the amount of α-Al2O3 phase in the coating composition and an increase in hardness. In this case, it becomes possible to obtain MAO coatings of small thickness (up to 90 μm) with a high content of the α-Al2O3 phase (up to 40 %), which cannot be carried out in an alkali-silicate electrolyte. Analysis of the effect of high-temperature annealing of MAO coatings on the shape of the diffraction spectrum made it possible to revealthe appearance of tetragonality in the crystal lattice of the γ-А12О3 phase. The structural state with a tetragonally distorted lattice is a stage of γ-А12О3 → α-А12О3 transformation. Scientific novelty. It was found that when using an alkaline-silicate electrolyte for electrolysis, the addition of liquid glass (Na2SiO3) leads to an increase in the growth rate of the coating, but at the same time it stimulates the formation of mullite (3Al2O3 × 2SiO2) as a phase component. An increase in the alkaline (KOH) component leads to a decrease in the growth rate (to 0,6…0,7 μm/min) and stimulates the formation of the γ-Al2O3 phase. The formation of the α-Al2O3 (corundum) phase is stimulated with a long process duration, when the thickness of the dielectric layer and the breakdown power increase. An increase in the amount of α-Al2O3 leads to an increase in the hardness of the coatings. Isothermal annealing at temperatures exceeding 1 000 °C stimulates the γ-Al2O3 → α-Al2O3 polymorphic transformation. The initial stage of such a transformation is the appearance of tetragonality in the crystal lattice of the γ-Al2O3 phase. Practical value. This study allows us to propose an additive to the alkali-silicate electrolyte in the form of a K2Cr2O7 salt, which increases the rate of formation of MAO coatings to 1,4 μm/min and, at the same time, qualitatively and quantitatively changes the phase composition of the coatings, increasing its hardness., Цель работы: установление закономерностей влияния состава щелочно-силикатного электролита и условий электролиза при микродуговом оксидировании алюминиевого сплава АМг3 на кинетику формирования оксидного покрытия, его структуру и условия формирования α-Al2O3 фазы.Результаты. Определена возможность формирования высокоплотных МДО-покрытий на алюминиевом сплаве АМг3 при электролизе в щелочно-силикатных электролитах. Выявлены закономерности кинетики роста МДО-покрытий при различном составе электролита и времени оксидирования. Установлено, что фазовый состав МДО-покрытий состоит из следующих фаз – α-Al2O3, γ-Al2O3 и муллит (3Al2O3 × 2SiO2), соотношение которых меняется при изменении количества силиката натрия (Na2SiО3). Установлено, что введение добавки в электролит неорганической растворимой соли, которая имеет в составе кислород (K2Cr2O7), приводит к качественному изменению фазового состава – увеличению количества фазы α-Al2O3 в составе покрытий и росту твердости. При этом появляется возможность получить МДО-покрытия малой толщины (до 90 мкм) с большим содержанием фазы α-Al2O3 (до 40 %), что не удается реализовать в щелочно-силикатном электролите. Анализ влияния высокотемпературных отжигов МДО-покрытий на вид дифракционного спектра позволил выявить появление тетрагональности в кристаллической решетке γ-А12О3 фазы. Структурное состояние с тетрагонально искаженной решеткой является этапом γ-А12О3 → α-А12О3 превращения. Научная новизна. Установлено, что при использовании для электролиза щелочно-силикатного электролита добавления жидкого стекла (Na2SiO3) приводит к увеличению скорости роста покрытия, но при этом стимулирует формирование муллита (3Al2O3 × 2SiО2) в качестве фазовой составляющей. Увеличение щелочной (КOH) составляющей приводит к уменьшению скорости роста (до 0,6…0,7 мкм/мин.) и стимулирует формирование γ-Al2O3 фазы. Формирование α-Al2O3 (корунда) фазы стимулируется при большой длительности процесса, когда увеличивается толщина диэлектрического слоя и мощность пробоя. Увеличение количества α-Al2O3 приводит к повышению твердости покрытий.Изотермические отжиги с температурой, превышающей 1 000 °С, стимулируют γ-Al2O3 → α-Al2O3 полиморфное превращение. В качестве начального этапа такого превращения отмечено появление тетрагональности в кристаллической решетке γ-Al2O3 фазы. Практическое значение. Проведенное исследование позволяет предложить добавку к щелочно-силикатному электролиту в виде соли К2Сr2О7, которая повышает скорость формирования МДО-покрытий до ≈ 1,4 мкм/мин. и при этом качественно и количественно изменяет фазовый состав покрытий, повышая его твердость., Мета роботи: встановлення закономірностей впливу складу лужно-силікатного електроліту й умов електролізу під час мікродугового оксидування алюмінієвого сплаву АМг3 на кінетику формування оксидного покриття, його структуру та умови формування α-Al2O3 фази. Результати.Визначено можливість формування високощільних МДО-покриттів на алюмінієвому сплаві АМг3 за електролізу в лужно-силікатних електролітах. Виявлено закономірності кінетики зростання МДО-покриттів за різного складу електроліту та часу оксидування. Встановлено, що фазовий склад МДО-покриттів складається з наступних фаз – α-Al2O3, γ-Al2O3 і муліт (3Al2O3 × 2SiO2), співвідношення яких змінюється за зміною кількості силікату натрію (Na2SiО3). З’ясовано, що введення добавки в електроліт неорганічної розчинної солі, яка має в складі кисень (K2Cr2O7), викликає якісні зміни фазового складу – збільшення кількості фази α-Al2O3 у складі покриттів і зростання твердості. При цьому з’являється можливість отримати МДО-покриття малої товщини (до 90 мкм) з великим умістом фази α-Al2O3 (до 40 %), що не вдається реалізувати в лужно-силікатному електроліті. Аналіз впливу високотемпературних відпалів МДО-покриттів на вигляд дифракційного спектра дозволив виявити появу тетрагональності в кристалічній ґратці γ-А12О3 фази. Структурний стан із тетрагонально викривленими ґратками – це етап γ-А12О3 → α-Al2O3 перетворення. Наукова новизна.Встановлено, що у разі використання для електролізу лужно-силікатного електроліту додавання рідкого скла (Na2SiO3) зумовлює збільшення швидкості зростання покриття, але при цьому стимулює формування муліту (3Al2O3 × 2SiО2) як фазової складової. Збільшення лужної (КOH) складової спричинює зменшення швидкості зростання (до 0,6...0,7 мкм/хв) та стимулює формування γ-Al2O3 фази. Формування α-Al2O3 (корунду) фази стимулюється при великої тривалості процесу, коли збільшується товщина діелектричного шару й потужність пробою. Збільшення кількості α-Al2O3 викликає підвищення твердості покриттів. Ізотермічні відпали з температурою яка перевищує 1 000 °С, стимулюють γ-Al2O3 → α-Al2O3 поліморфне перетворення. Початковим етапом такого перетворювання стає поява тетрагональності в кристалічній ґратці γ-Al2O3 фази. Практичне значення. Проведене дослідження дозволяє запропонувати добавку до лужно-силікатного електроліту у вигляді солі К2Сr2О7, яка підвищує швидкість формування МДО-покриттів до ≈ 1,4 мкм/хв, при цьому якісно і кількісно змінює фазовий склад покриттів, підвищуючи його твердість.

Purpose. The aim of the research was to study the effect of electrolysis conditions during microarc oxidation in an alkaline silicate electrolyte on the regularities of the growth kinetics, structural-phase state, and hardness of MAO coatings on casting alloys of different compositions. Methodology. To achieve the goal of the research, microarc oxidation techniques were used with different compositions of alkali silicate electrolytes and at different current densities. The study of the formed surface was carried out by the method of scanning electron microscopy, the phase-structural analysis was carried out by the X-ray diffraction method, the data of which were compared with the results of measuring the microhardness. Findings. The possibility of forming high-density MAO coatings on cast alloys with a silicon content of 9…13 % has been determined. The regularities of the kinetics of the growth of MAO coatings on casting alloys AL2, AL9, and AL25 are revealed depending on the current density and the composition of the electrolyte. It is shown that the phase composition of MAO coatings on casting alloys includes: γ-А12О3, α-А12О3 and the mullite phase (3Al2O3 • 2SiO2). The initial stage of coating growth is characterized by the predominant formation of γ-Al2O3 and 3Al2O3 • 2SiO2 phases. With an increase in the duration of oxidation, the formation of the α- Al2O3 phase occurs, the content of which does not exceed 20 % at the longest (120 min) oxidation duration. The hardness of the coatings increases with an increase in the content of α-Al2O3 and reaches 17 000 MPa at the highest content (18 %). Originality. It was found that for a process duration of more than 60 minutes, the kinetic dependence of the change in the coating thickness on the time of the MAO process is close to linear with a growth rate of about 0,5 μm/min. This growth rate is more than two times lower than the growth rate of coatings on deformed aluminum alloys (for example, D16 and AMg6) under similar oxidation conditions. With a formation time of less than 60 minutes, the growth rate depends on both the alloy type and the electrolyte composition. The highest growth rate of 0.7 μm/min is achieved on the AL25 alloy in electrolysis 2 g/L KOH + 12 g/L Na2SiO3. A change in the lattice period of the γ-Al2O3 phase with an increase in the oxidation duration was revealed, from values less than the tabulated values (0,790 nm) with an oxidation time of less than 60 minutes to a value significantly higher than the tabulated value with a long oxidation time (more than 120 min). A model is proposed in accordance with which a decrease in the lattice period is associated with the replacement of Al ions by Si, and an increase in the period is determined by the different valences of the replacing ions and the formation of additional vacancies in this connection. Practical value. The study has shown the possibility of forming a high-hardness (HV ≈ 17 000 MPa) coating on a cast aluminum alloy, which is a condition for ensuring high wear resistance in most types of wear., Цель исследования − изучение влияния условий электролиза при микродуговом оксидировании в щелочносиликатном электролите на закономерности кинетики роста, структурно-фазового состояния и твердость МДО-покрытий на литейных сплавах разного состава. Meтодология. Для исследований использованы методики микродугового оксидирования с разным составом щелочносиликатных электролитов и при разных плотностях тока. Исследование формируемой поверхности проводилось методом растровой электронной микроскопии, фазово-структурный анализ − рентгендифракционным методом, данные которого сопоставлялись с результатами измерения микротвердости. Основные результаты. Определена возможность формирования высокоплотных МДО-покрытий на литейных сплавах с содержанием кремния 9…13 %. Выявлены закономерности кинетики роста МДО-покрытий на литейных сплавах АЛ2, АЛ9 и АЛ25 в зависимости от плотности тока и состава электролита. Показано, что фазовый состав МДО-покрытий на литейных сплавах включает: γ-А12О3, α-А12О3 и фаза муллит (3Al2O3∙2SiO2). Начальная стадия роста покрытия характеризуется преимущественным формированием γ-А12О3 и 3Al2O3∙2SiO2 фаз. При увеличении длительности оксидирования происходит формирование фазы α-А12О3, содержание которой не превышает 20 % при наибольшей (120 мин.) длительности оксидирования. Твердость покрытий повышается с увеличением содержания α-А12О3 и достигает величины 17 000 МПа при наибольшем содержании (18 %). Научная новизна. Установлено, что при длительности процесса более 60 минут кинетические зависимости изменения толщины покрытий от времени МДО-процесса имеют характер близкий к линейному со скоростью роста около 0,5 мкм/мин. Такая скорость роста более чем в два раза ниже чем скорость роста покрытий на деформированных алюминиевых сплавах (например, Д16 и АМг6) при аналогичных условиях оксидирования. При времени формирования меньше 60 минут скорость роста зависит как от типа сплава, так и состава электролита. Наибольшая скорость роста 0,7 мкм/мин. достигается на сплаве АЛ25 в электролите 2 г/л КОН + 12 г/л Na2SiO3. Выявлено изменение периода решетки γ-А12О3 фазы с увеличением длительности оксидирования, от значений меньше табличных (0,790 нм) при времени оксидирования менее 60 минут до величины, значительно превышающей табличное при большом времени оксидирования (более 120 мин). Предложена модель, в соответствии с которой уменьшение периода решетки связано с замещением ионов Al на Si, а увеличение периода определяется разной валентностью замещающих ионов и образованием в связи с этим дополнительных вакансий. Практическое применение. Проведенное исследование показало возможность формирования высокотвердого (HV ≈ 17 000 МПа) покрытия на литейном алюминиевом сплаве, что является условием для обеспечения высокой износостойкости при большинстве видов изнашивания., Мета дослідження − вивчення впливу умов електролізу при мікродуговому оксидуванні в лужно-силікатному електроліті на закономірності кінетики росту, структурно-фазового стану й твердість МДОпокриттів на ливарних сплавах різного складу. Meтодологія. Для досліджень застосовано методики мікродугового оксидування з різним складом лужно-силікатних електролітів і за різних щільностей струму. Дослідження формованої поверхні проводилося методом растрової електронної мікроскопії, фазовоструктурний аналіз − рентгендифракційним методом, дані якого зіставлялися з результатами вимірювання мікротвердості. Основні результати. Визначено можливість формування високощільних МДО-покриттів на ливарних сплавах з умістом кремнію 9...13 %. Виявлено закономірності кінетики зростання МДО-покриттів на ливарних сплавах АЛ2, АЛ9 і АЛ25 залежно від щільності струму й складу електроліту. Показано, що фазовий склад МДО-покриттів на ливарних сплавах включає: γ-А12О3, α-А12О3 і фаза муліт (3А12О3∙2SіO2). Початкова стадія росту покриття характеризується переважним формуванням γ-А12О3 і 3А12О3∙2SіO2 фаз. У разі збільшення тривалості оксидування відбувається формування фази α-А12О3, вміст якої не перевищує 20 % за найбільшої (120 хв) тривалості оксидування. Твердість покриттів підвищується зі збільшенням вмісту α-А12О3 і досягає величини 17 000 МПа за найбільшого вмісту (18 %). Наукова новизна. Установлено, що за тривалості процесу понад 60 хвилин кінетичні залежності зміни товщини покриттів від часу МДО-процесу мають характер близький до лінійного зі швидкістю росту близько 0,5 мкм/хв. Така швидкість більша, ніж удічі нижча, ніж швидкість росту покриттів на деформованих алюмінієвих сплавах (наприклад, Д16 і АМг6) в аналогічних умовах оксидування. При часі формування менше 60 хвилин швидкість росту залежить як від типу сплаву, так і складу електроліту. Найбільша швидкість росту 0,7 мкм/хв досягається на сплаві АЛ25 в електроліті 2 г/л КОН + 12 г/л Na2SіO3. Виявлено зміну періоду ґратки γ-А12О3 фази зі збільшенням тривалості оксидування, від значень менше табличних (0,790 нм) при часі оксидування менше 60 хвилин до величини, що значно перевищує табличне при великому часі оксидування (понад 120 хв). Запропоновано модель, відповідно до якої зменшення періоду ґратки пов'язане із заміщенням іонів Al на Sі, а збільшення періоду визначається різною валентністю іонів, замінних, і утворюванням у зв'язку із цим додаткових вакансій. Практичне застосування. Проведене дослідження показало можливість формування надтвердого (HV ≈ 17 000 МПа) покриття на ливарному алюмінієвому сплаві, що є умовою забезпечення високої зносостійкості для більшості видів зношування.

Layers based on titanium nitride doped with molybdenum and silicon were used to create a multilayer composite. In this case, the mismatch between the lattice periods of (TiMo)N and (TiSi)N layers was about 1%. It was found that in the (TiMo)N/(TiSi)N multilayer composite, such a mismatch of the periods in the constituent layers does not change the single-phase state of the composite even at relatively large layer thicknesses (about 350 nm). The creation of a (TiMo)N/(TiSi)N composite with a nanometer layer thickness allows one to reduce the magnitude of macrostresses (a large value of which is characteristic of single-layer (TiMo)N coatings) and change the substructural characteristics in a wide range of values. It has been established that the use of multi-element (TiMo)N and (TiSi)N layers in a multilayer coating design allows one to achieve a high-hard state with high adhesive strength and good tribological characteristics. The highest properties (hardness – 34.8 GPa and adhesive strength 166.09 N) were achieved in coatings obtained at Ub = -200 V and a layer thickness of 80 nm, which are characterized by compression macrostresses of 7.85 GPa and microstrains 0.75%. Для створення багатошарового композиту використані шари на основі нітриду титану, легованого молібденом і кремнієм. При цьому невідповідність періодів решіток (TiMo)N- і (TiSi)N-шарів становила близько 1%. Встановлено, що в багатошаровому композиті (TiMo)N/(TiSi)N така невідповідність періодів у складових шарах не змінює однофазного стану композиту навіть при відносно великих товщинах шарів (близько 350 нм). Створення (TiMo)N/(TiSi)N-композиту з нанометровою товщиною шарів дозволяє зменшити величину макронапружень (більша величина яких властива одношаровим (TiMo)N-покриттям) і в широкому інтервалі значень змінювати субструктурні характеристики. Встановлено, що використання багатоелементних (TiMo)N- і (TiSi)N-шарів при багатошаровому дизайні покриттів дозволяє досягти високотвердого стану з високою адгезійною міцністю і гарними трибологічними характеристиками. Найбільш високі властивості (твердість – 34,8 ГПа і адгезійна міцність – 166,09 Н) були досягнуті в покриттях, отриманих при Ub = -200 В і товщині шару 80 нм, для яких характерна величина макронапружень стиску 7,85 ГПа і мікродеформації – 0,75%.

The influence of deposition modes on the phase-structural state, corrosion resistance, and adhesive strength of vacuum-arc multi-period NbN/Cu coatings is studied. It was found that in thin layers (about 8 nm, in a constant rotation mode), regardless of the change in the pressure of the nitrogen atmosphere, a metastable δ - NbN phase forms (cubic crystal lattice of the NaCl type). At a layer thickness of ~ 40 nm or more, a phase composition changes from the metastable δ - NbN to the equilibrium ε - NbN phase with a hexagonal crystal lattice. In the presence of the ε - NbN phase in the niobium nitride layers, the highest adhesive strength is achieved with a value of LС5 = 96.5 N. Corrosion resistance tests have shown that for all the studied samples the corrosion process has mainly an anodic reaction. The highest corrosion resistance was shown by coatings obtained at a pressure of 7·10-4 Torr, with the smallest bias potential of -50 V and the smallest layer thickness; with a thickness of such a coating of about 10 microns, its service life in the environment of the formation of chloride ions is about a year.

Using the methods of X-ray diffractometry, scanning electron microscopy with elemental microanalysis and nanoindentation, the possibilities of structural engineering of ion-plasma coatings based on the quasibinary WB2-TiB2 system were studied. The possibility of forming three phase-structural states was established: an X-ray amorphous (nanocluster) state at a low substrate temperature during deposition at T-S = 80 degrees C; a single-phase crystalline state at T-S = 300 degrees C; and a two-phase nanocrystalline state at large T-S. With the formation of a 2-phase state, the effect of nano-dispersing of crystallites was revealed. It is established that the highest hardness and elastic modulus are achieved in the coatings having a nanocrystalline structure with a texture. The highest hardness of 37.5 GPa was achieved in single-phase (W,Ti)B-2 coatings obtained at T-S = 300 degrees C. Models are discussed to explain the observed effects.

The properties of multi-period nanocomposite coatings based on chromium nitride are considered. The effect of the negative bias potential on the phase-structural state and mechanical characteristics of the coatings was investigated by X-ray diffractometry combined with the study of hardness by nanoindentation, surface roughness and coefficient of friction during scratch testing. It has been established that all the systems are characterized by the formation of a cubic crystal lattice of the structural type NaCl, as well as the effect of texture on hardness values. For the studied coatings, the hardness is in the range of 20-25 GPa. The presence of texture [311] in CrN/MoN nanocomposite coatings leads to the lowest friction coefficient with a value of about 0.2. Розглянуто властивості багатоперіодних нанокомпозитних покриттів на основі нітриду хрому. Вплив негативного потенціалу зміщення на фазово-структурний стан та механічні характеристики покриттів досліджували методом рентгенівської дифрактометрії у поєднанні з дослідженням твердості за допомогою наноіндентування, шорсткості поверхні та коефіцієнта тертя під час тестування на подряпини. Встановлено, що для всіх систем характерне формування кубічної кристалічної решітки структурного типу NaCl, а також вплив текстури на значення твердості. Для досліджуваних покриттів твердість знаходиться в межах 20-25 ГПа. Наявність текстури [311] у нанокомпозитних покриттях CrN/MoN призводить до найнижчого коефіцієнта тертя зі значенням близько 0,2.

The effect of the bias potential applied to the substrate during deposition and the layer thickness on the elemental composition, structure, substructure, and stress-strain state of (TiMo)N/ZrN layers of multi-period coatings is studied. The results of elemental analysis indicate a decrease in the ratio (Ti + Mo)/Zr with an increase in the bias potential and with a decrease in the layer thickness. At the structural level, appearance of additional diffraction peaks for (TiMo)N/ZrN coatings with the thinnest (about 12 nm) layers was revealed. The appearance of such peaks is explained by the effect of mixing at the interface between layers due to the implantation of accelerated particles. It was found that alloying of Ti with Mo atoms in (TiMo)N layers leads to a large compression strain (about 5 %). In monometallic ZrN layers, the value of macrostrain is more than 2 times smaller. At the substructural level, the formation of (TiMo)N solid solution also leads to higher microdeformation in comparison with a similar parameter in ZrN monometallic layers. The hardness of multi-period (TiMo)N/ZrN composites reaches a high value of 35 GPa.

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.

The supercritical instability in a system of two identical charged impurities in gapped graphene described in the continuous limit by the two-dimensional Dirac equation has been studied. The case where the charge of each impurity is subcritical, but their sum exceeds the critical value calculated in the version with a single Coulomb center, is considered. Using the developed variational method, the dependence of the critical distance Rcr between the impurities on their total charge is calculated. The Rcr-value is found to grow as the total impurity charge increases and the quasiparticle band gap decreases. The results of calculations are compared with those obtained in earlier researches., Дослiджено надкритичну нестабiльнiсть в системi двох заряджених домiшок у графенi з квазiчастинками, що в неперервнiй границi описуються двовимiрним рiвнянням Дiрака. Розглянуто випадок, коли заряд кожної з двох однакових домiшок є субкритичним, а їх сума перевищує критичний заряд в задачi про один кулонiвський центр. Розвинено варiацiйний метод, за допомогою якого обчислюється значення критичної вiдстанi мiж домiшками Rcr як функцiї повного заряду системи. Встановлено, що Rcr зростає зi збiльшенням повного заряду двох домiшок та зi зменшенням ширини квазiчастинкової щiлини. Проведено порiвняння результатiв з даними попереднiх дослiджень.

We study the process of inflationary magnetogenesis in the natural single-field inflation model, whose parameters are chosen in accordance with the recent observations by the Planck collaboration [1]. The conformal invariance of the Maxwell action is broken by a kinetic coupling with the inflaton field by means of the coupling function as a power of the scale factor, I(ф) ∝ aa, anda < 0 is used in order to avoid the strong coupling problem. For such a, the electric component of the energy density dominates over the magnetic one and, fora&nbsp, Дослiджено процес iнфляцiйного магнетогенезису у моделi природної iнфляцiї з одним полем, параметри якої вибрано згiдно з даними нещодавнiх спостережень Колаборацiї Planck [1]. Конформну iнварiантнiсть максвеллiвської дiї порушено кiнетичним зв’язком з iнфлатонним полем через функцiю, яка поводить себе як степiнь масштабного фактора, I(ф) ∝ aa, i значенняa < 0 використано для того,щоб уникнути проблеми сильного зв’язку. Для таких значеньa електрична компонента густини енергiї домiнує над магнiтною i дляa

We review the theoretical and experimental results connected with the electron states in two-dimensional Dirac systems paying a special attention to the atomic collapse in graphene. Two-electron bound states of a Coulomb impurity are considered too. A rather subtle role of a magnetic field in the supercritical charge problem in graphene is discussed. The electron states in the field of two equally charged impurities are studied and the conditions for supercritical instability to occur are determined. It is shown that the supercriticality of novel type is realized in gapped graphene with two unlikely charged impurities. For sufficiently large charges of impurities, it is found that the wave function of the occupied electron bound state of the highest energy changes its localization from the negatively charged impurity to the positively charged one as the distance between the impurities increases. The specifics of the atomic collapse in bilayer graphene is considered and it is shown that the atomic collapse in this material is not related to the phenomenon of the fall-to-center., Review Article, 39 pages, 14 figures. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1311.0064, arXiv:1401.5992, arXiv:1611.05221, arXiv:1510.02890, arXiv:1406.5770 by other authors

This work is devoted to the construction of a mathematical model for controlling integral fire risk using correlation-regression analysis. On the basis of previous work, work is ongoing on developing a risk management method. For this purpose, the second cluster, which includes the Kharkiv region, was analyzed. In the field of initial data, included statistics for 2010–2017 on parameters such as the number of victims of fire in a year, the time of flight of fire and rescue units to the place of fire, the time of their localization of fire, the time of elimination of the fire and the number of people living in the study area. Using statistical data, the risk of death from a fire in a year was mathematically calculated and entered into the field of output data as a parameter to be investigated. The study cluster includes 9 areas, therefore 63 events were received and analyzed. As a result, a regression equation was obtained, which makes it possible to predict a risk with a 95 % confidence. For example, the Kharkiv region conducted a forecast of the corresponding risk, with the actual result close to the forecasted, and lies within the permissible limits with a deviation of 5 %, which indicates the reliability of the developed mathematical model.

The influence of the pressure of a mixed gaseous atmosphere (80%C2H2+20%N2) and the supply of a high-voltage negative potential in a pulsed form on the elemental and phase composition, structure and physico-mechanical characteristics of the vacuum-arc molybdenum-based coatings. It is shown that in the temperature deposition range 400…550 °С as a result of plasma-chemical reactions, the maximum nitrogen atoms content in the coating does not exceed 1.5 at.%. It is found, that at the maximum pressure of РC2H2+N2= 2.3∙10-1 Pа when the γ-MoC phase is formed, an superhard state of 50.5 GPa (at a constant potential -200 V, without additional high-voltage pulse action) and 51.1 GPa (at a constant potential -200 V, with additional high-voltage pulse action) is reached. Для вакуумно-дугових покриттів на основі молібдену досліджено вплив тиску змішаної газової атмосфери (80%C2H2+20%N2) і високовольтного негативного потенціалу (подається на підкладку в імпульсної формі) на елементний і фазовий склад, структуру і фізико-механічні характеристики формованого матеріалу. Показано, що в температурному інтервалі підкладки при осадженні 400…550 °С в результаті плазмохімічних реакцій максимальний вміст атомів азоту в покритті не перевищує 1,5 ат.%. Виявлено, що при найбільшому тиску РC2H2+N2 = 2,3∙10-1 Па, коли формується фаза γ-MoC, досягається надтверде стан 50,5 ГПа (при постійному потенціалі -200 В, без додаткового високовольтного імпульсного потенціалу) і 51,1 ГПа (при постійному потенціалі -200 В, з додатковим високовольтним імпульсним потенціалом).

Наведено результати дослідження фазового складу і властивостей МДО-покриттів на алюмінієвих сплавах. Покриття були одержані в лужно-селікатному електроліті на змінному сінусоідальному струмі і в імпульсному режимі струму. Показано, що підвищена щільність мікророзрядів при імпульсної технології збільшує сумарну енергію, що виділяється в них. Це обумовлює підвищення швидкості зростання оксидного покриття і ймовірність утворення α-Al₂O₃ фази. Одержані при мікроплазмове оксидуванні в імпульсному струмовому режимі покриття мають високу твердість і електричну міцність

It is proposed to use the multiperiod binanolayer composites (TiAlSi)N/MeN (Me-Zr, Nb, Cr, Mo) for controlling the structure, stress state and mechanical properties of a multi-element nitride (TiAlSi)N. The deposition of the layers was carried out by the method of vacuum-arc evaporation at different bias potentials on the substrate Uₕ = -110 and -200 V. It has been determined that mononitrides with a high Me-N binding energy in the binanolayer composite determine the crystallite growth in thin (nanometer) layers. The growth texture is formed in composites containing mononitrides based on transition metals with a relatively small atomic mass (Cr, Mo) at Uₕ = -110 V. The growth texture is formed at a larger Ub = -200 V when dealing with mononitride based on heavy metal (Zr). The greatest hardness is achieved in textured materials deposited at Uₕ = -200 V. This is typical both for a monolayer multi-element nitride (TiAlSi)N (hardness is 42.5 GPa) and for multiperiod nanolayer composites based on it (the highest hardness is 47.9 GPa for a composite (TiAlSi)N/ZrN). Запропоновано використовувати багатоперіодні бінаношарові композити систем (TiAlSi)N/MeN (Me – Zr, Nb, Cr, Mo) для управління структурою, напруженим станом і механічними властивостями багатоелементного нітриду (TiAlSi)N. Осадження шарів здійснювалося методом вакуумно-дугового випаровування при різних потенціалах зміщення на підкладці Uₕ = -110 і -200 В. Встановлено, що в бінаношаровому композиті мононітриди з великою енергією зв'язку Me–N задають переважну орієнтацію росту кристалітів у тонких (нанометрових) шарах. При Uₕ = -110 В текстура зростання формується в композитах, які містять мононітриди на основі перехідних металів з відносно невеликою атомною масою (Cr, Mo). У разі мононітриду на основі важкого металу (Zr) текстура утворюється при більшому Uₕ = -200 В. Найбільша твердість досягається в текстурованих матеріалах, осаджених при Uₕ = -200 В. Це характерно, як для моношарового багатоелементного нітриду (TiAlSi)N (досягнута твердість 42,5 ГПа), так і для багатоперіодних наношарових композитів на його основі (найбільша твердість 47,9 ГПа отримана для композиту (TiAlSi)N/ZrN). Предложено использовать многопериодные бинанослойные композиты систем (TiAlSi)N/MeN (Me – Zr, Nb, Cr, Mo) для управления структурой, напряженным состоянием и механическими свойствами многоэлементного нитрида (TiAlSi)N. Осаждение слоев осуществлялось методом вакуумно-дугового испарения при разных потенциалах смещения на подложке Uₕ = -110 и -200 В. Установлено, что в бинанослойном композите мононитриды с большой энергией связи Me–N задают преимущественную ориентацию роста кристаллитов в тонких (нанометровых) слоях. При Uₕ = -110 В текстура роста формируется в композитах, содержащих мононитриды на основе переходных металлов с относительно небольшой атомной массой (Cr, Mo). В случае мононитрида на основе тяжелого металла (Zr) текстура образуется при большем Uₕ = -200 В. Наибольшая твердость достигается в текстурированных материалах, осажденных при Uₕ = -200 В. Это характерно как для монослойного многоэлементного нитрида (TiAlSi)N (достигнута твердость 42,5 ГПа), так и для многопериодных нанослойных композитов на его основе (наибольшая твердость 47,9 ГПа получена для композита (TiAlSi)N/ZrN).

This paper reports results of studying the element and phase compositions of electron-beam coatings based on the high-entropy alloy AlTiVCrNbMo, depending on the deposition temperature (in the range of 300...700 °С). The high-entropy alloys were melted in an arc furnace in an atmosphere of high-purity argon. Vacuum condensates of the high-entropy alloy (AlTiVCrNbMo) with a thickness of 3–5 µm were obtained in the vacuum setup UVN-2M-1 at a working vacuum of 5·10-5 mТоrr. The alloy evaporation was performed from the water-cooled ingot mold using an electron-beam gun with a power of 5 kW. Condensation of vapors of all the elements of the alloy was performed onto copper substrates at temperatures of 300, 500, 700 °C. Based on analysis of the element composition of materials of the target made of the high-entropy six-element alloy AlTiVCrNbMo and electron-beam coatings, based on it, we established the critical parameter (specific heat of vaporization of an element) that defined a selective change in the element composition. In accordance with a characteristic change in the composition of coatings of the multi-element high-entropy alloy, 3 groups of elements were distinguished: with a specific heat of evaporation of 280...350 kJ/mol (group 1), 420…460 kJ/mol (group 2), and 590…680 kJ/mol (group 3). It was shown that the formation of a single-phase coating of the high-entropy alloy (based on BCC of the crystalline lattice) occurs at the higher deposition temperature of 500...700 °C when the coating consists of not less than 5 elements. It was established that based on the conditions for an electron-beam process of materials formation, the results obtained can be divided into two types: those determined by the condition of evaporation of the target and those determined by the conditions of coating deposition. The density of flows of elements, evaporated from the target, is determined by their specific heat of evaporation. However, the ratio of atoms in the flow, derived in this way, may not be retained in the formed coating due to the secondary evaporation of elements from the growth surface. The obtained results allow us to substantiate principles for the selection of components for achieving the optimal element and phase compositions of high-entropy alloys. На основі аналізу елементного складу матеріалів мішені з високоентропійного шестиелементного сплаву AlTiVCrNbMo і електронно-променевих покриттів на його основі встановлено критичний параметр (питома теплота випаровування елемента), який визначає селективну зміну елементного складу. Показано, що формування однофазного покриття високоентропійного сплаву відбувається, коли до складу покриття входить не менше 5 елементів. Отримані результати дозволяють обґрунтувати принципи підбору компонент для досягнення оптимальних елементного та фазового складу високоентропійних сплавів.

The work is devoted to the study of the main factors influencing the risk level for a person to perish from a fire per unit time in Ukraine. The analysis of statistical data shows the presence of problematic issues concerning provision of fire safety in rural areas. The necessity of constructing a model of fire risk management in order to minimize its level is indicated.

Nanoscale multilayered TiN/ZrN films were deposited using sequential vacuum-arc deposition of Ti and Zr targets in a nitrogen atmosphere. Studies of film's properties were carried out using various modern methods of analysis, such as XRD, STEM, HRTEM, SIMS combined with results of nanoindentation and tribological tests. To interpret the mechanical properties of the deposited multilayer films first-principles calculations of TiN(111), ZrN(111) structures and TiN(111)/ZrN(111) multilayer were carried out. To study the influence of thermal annealing, several samples were annealed in air at the temperature 700 °C. All deposited samples were highly polycrystalline with quite large 20–25 nm crystals. The crystalline planes were very ordinated and demonstrated an excellent coordinated growth. The nanohardness and elastic modulus of non-annealed coatings reached 42 GPa and 348 GPa, respectively. Annealing in air at the temperature 700 °C led to partial oxidation of the multilayered coatings, however hardness of the non-oxidized part of the coatings remained as high, as for initial coatings. All deposited coatings demonstrate good wear resistance.

Наведені дослідження структури і властивостей покриттів, отриманих при мікродуговій обробці на магнієвому сплаві. Обробка проводилася при анодно-катодному режимі в лужному електроліті з різними домішками. Показана можливість формування кристалічних оксидних покриттів різного фазового складу (MgO, MgAl₂O₄, Mg₂Sі₄, Mg₃(PO₄)₂) товщиною до 300 мкм, що мають високу адгезію з основою, гарні захисні властивості і високу твердість, яка досягає 6,6 ГПа.

Influence of the period value Λ (at different negative potential Ub that supplied during deposition) on phase composition, structure, stress-strain state and hardness of multiperiod coatings ZrNₓ/MoNₓ is investigated by using complex methods of validation structural state at combined with microindentation. Formation in layers ZrNx and MoNx the phases with cubic lattice and preferred orientation of crystallites with axis [100] is established. Stress-strain state of compression with increasing Ub is amplified and reaches maximum value (– 6.7 GPa) at Λ = 20 nm and Ub – 110 V. Hardness of coating increases with decreasing Λ from 300 to 20 nm. Coatings that obtained with Λ = 20 nm and Ub – 110 V have the highest hardness 44 GPa. Relaxation of structural compressive stresses and decreasing hardness is happening at smaller Λ and larger Ub – 110 V (as a result of radiation-stimulated forming defect and mixing). Data of computer modeling of defectiveness at atomic level at bombardment of ions that accelerated in field Ub are used to explain the results. Використовуючи комплекс методів атестації структурного стану в поєднанні з мікроіндентуванням досліджено вплив величини періоду Λ (при різному негативному потенціалі Ub, що подається при осадженні) на фазовий склад, структуру, напружено-деформований стан і твердість багатоперіодних покриттів ZrNₓ/MoNₓ. Встановлено формування в шарах ZrNx і MoNx фаз з кубічної решіткою і переважною орієнтацією кристалітів з віссю [100]. Напруженно-деформований стан стиснення зі збільшенням Ub посилюється, досягаючи максимального значення (– 6,7 ГПа) при Λ = 20 нм і Ub – 110 В. Твердість покриттів збільшується зі зменшенням Λ від 300 до 20 нм. Покриття, отриманні при Λ = 20 нм і Ub – 110 В мають найбільшу твердість 44 ГПа. При меншому Λ і великому Ub – 110 В (в результаті радіаційно-стимульованого дефектоутворення і перемішування) відбувається релаксація структурних напружень стиску та зменшення твердості. Для пояснення отриманих результатів використані дані комп'ютерного моделювання пошкоджуваності на атомному рівні при бомбардуванні прискореними в поле Ub іонами.

The Dirac equation for an electron in a finite dipole potential has been studied within the method of linear combination of atomic orbitals (LCAO). The Coulomb potential of the nuclei that compose a dipole is regularized, by considering the finite nuclear size. It is shown that if the dipole momentum reaches a certain critical value, the novel type of supercriticality occurs; namely, the wave function of the highest occupied electron bound state changes its localization from the negatively charged nucleus to the positively charged one. This phenomenon can be interpreted as a spontaneous creation of an electron-positron pair in vacuum, with each of the created particles being in the bound state with the corresponding nucleus and partially screening it., У роботi дослiджено рiвняння Дiрака для електрона в потенцiалi скiнченного електричного диполя за допомогою технiки лiнiйних комбiнацiй атомних орбiталей (ЛКАО). Кулонiвський потенцiал ядер, що утворюють диполь, регуляризований шляхом врахування їх скiнченних розмiрiв. Показано, що при перевищеннi деякого критичного значення дипольного моменту спостерiгається новий тип надкритичної нестабiльностi: хвильова функцiя найвищого заповненого електронного рiвня змiнює свою локалiзацiю з вiд’ємно зарядженого ядра на додатно заряджене, що можна проiнтерпретувати як спонтанне народження з вакууму пари електрона i позитрона, кожен iз яких знаходиться у зв’язаному станi з вiдповiдним ядром i частково його екранує.

The structural and mechanical properties of NbN and Nb-Si-N films have been investigated both experimentally and theoretically, in their as-deposited and annealed states. The films were deposited using magnetron sputtering at substrate bias (UB) between 0 and 70 V. While NbN films were found to crystallize in the cubic δ-NbN structure, Nb-Si-N films with Si content of 11–13 at% consisted of a twophases nanocomposite structure where δ-NbN nanocrystals were embedded in SiNx amorphous matrix. Films deposited at UB¼0 V were highly (001)-textured. Application of substrate bias potential led to a depletion of light atoms, and caused a grain size refinement concomitantly with the increase of (111) preferred orientations in both films. The maximum hardness was 28 GPa and 32 GPa for NbN and Nb-SiN films, respectively. NbN and Nb-Si-N films deposited at UB¼ 70 V exhibited compressive stress of 3 and 4 GPa, respectively. After vacuum annealing, a decrease in the stress-free lattice parameter was observed for both films, and attributed to alteration of film composition. To obtain insights on interface properties and related mechanical and thermal stability of Nb-Si-N nanocomposite films, first principles molecular dynamics simulations of NbN/SiNx heterostructures with different structures (cubic and hexagonal) and atomic configurations were carried out. All the hexagonal heterostructures were found to be dynamically stable and weakly dependent on temperature. Calculation of the tensile strain-stress curves showed that the values of ideal tensile strength for the δ-NbN(111)- and ε-NbN(001)-based heterostructures with coherent interfaces and Si3N4–like Si2N3 interfaces were the highest with values in the range 36–65 GPa, but lower than corresponding values of bulk NbN compound. This suggests that hardness enhancement is likely due to inhibition of dislocation glide at the grain boundary rather than interfacial strengthening due to Si-N chemical bonding

Multi-threshold slices of an intensity of the optical images of the surface were used for a quantitative assessment of physical and chemical processes on the covering. Computer analysis was applied for testing the real relief by correlation of the image intensity with a geometrical profile representation (axis Z is accepted as optical microscopy intensity scale). The multithreshold method of image analysis proposed and applied in the present study is based on an assessment of the fractal dimension of relief elements rather than the entire surface “as a whole”, which makes the processing procedure effective in the images of any origin (not only optical microscopy data, but also scanning electron microscopy). It is shown that the replacement of full-profile analysis with the analysis of the series arrays of the sections along the axis of the intensity makes the determination of the fractal dimension of complex surface topography formed under nonequilibrium conditions quite simple. The effect of the thickness and the stress-strain state of ion-plasma diboride's layers formed as the fractal dimension surface structure was considered. The use of colour optical image analysis techniques and assumption about the existence of the four components of the graphene layer on copper, opens the way to carry out morphological analysis of islands of each type and propose the model of stages of formation of the graphene coating.

A comprehensive study of the influence of the thickness of the layers, Us and PN 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 PN  (2- 30)  10 – 4 Torr, the content of nitrogen in the coatings varies from 6.3 to 33 at. %, which leads even at the greatest nitrogen content to the formation of lower phase by nitrogen, -Mo2N 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 Ub  – 300 V, which defines the achievement of greater hardness of 35 GPa and high adhesion strength, which resists the destruction, Lc5  187.6 N.

ZrN-phase coatings with a cubic lattice (NaCl structure type) were produced by the method of vacuum-arc evaporation of a Zr cathode in nitrogen atmosphere at pressures PN between 0.02 and 0.64 Pa. The pressure increase at a bias potential of -150 V leads to formation of the growth texture [111] or to appearance of the bitextural state with the axes [111] and [311]. Additional pulsed-mode supply of high-voltage negative potential Uip = 800…2000 V, with pulse duration of 10 μs and frequency of 7 kHz, stimulates the emergence of texture [110]. At the substructure level, the Uip supply causes the microstrain relaxation and the crystallite size growth with increasing pressure. The observed changes are attributed to increased particle mobility and nitride formation activity under the action of Uip. The hardness increases with increasing pressure and reaches a value of 43 GPa. The Uip supply leads to a shift of the maximum hardness towards higher pressures. Методом вакуумно-дугового испарения Zr-катода в азотной атмосфере при давлении PN = 0,02…0,64 Па получены покрытия ZrN с кубической (структурный тип NaCl) кристаллической решеткой. Повышение давления при потенциале смещения -150 В приводит к образованию текстуры роста [111] или появлению битекстурного состояния с осями [111] и [311]. Дополнительная подача высоковольтного отрицательного потенциала Uпи = 800…2000 В в импульсном режиме с длительностью 10 мкс и частотой 7 кГц стимулирует появление текстуры [110]. На субструктурном уровне подача Uпи приводит к релаксации микродеформации и росту размеров кристаллитов при повышении давления азота. Наблюдаемые изменения связываются с повышением подвижности частиц и активности нитридообразования в условиях действия Uпи.. Твердость возрастает с увеличением давления и достигает значения 43 ГПа. Подача Uпи приводит к смещению максимальной твердости в сторону больших давлений.

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. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/35850

Методом вакуумно-дугового осадження отримані покриття на основі (Ti-Zr-Nb)N. Вивчено їх фізико-механічні властивості та триботехнічні характеристики. Коефіцієнт тертя системи "покриття-Al2O3" складає 1,1. Покриття характеризуються стовпчастою структурою, твердість покриттів досягає НV0,05 44,57 ГПа. Методом 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 покры- тий достигает НV0,05 44,57 ГПа. Coatings based on (Ti-Zr-Nb)N were obtained by means of vacuum-arc deposition method. Their physical and mechanical properties, as well as tribotechnical characteristics have been studied. The coefficient of friction of the system “coating-Al2O3” is 1.1. The coatings are characterized by a columnar structure and their hardness reaches НV0.05 = 44.57 GPa.

Complex studies have been carried out on the effect of nitrogen pressure and the negative bias potential on the structure and properties of vacuum-arc nitride coatings based on the high-entropy alloy TiZrHfNbTa. It is defined that the change in pressure during deposition (in the range 0.01...4 mTorr) mainly affects the nitrogen atoms content in the coating. The feed of a negative bias potential to the substrate (Ub = -50...-250 V) makes it possible to control the content of the metallic component using the effect of selective sputtering of atoms in the formation of coatings. Determined, that as the pressure increases the structural state associated with the predominant growth orientation (axial texture) of the crystallites changes. The texture changes in the sequence [311] → [311] + [111] → [111] with increasing pressure for a six-element (TiZrHfVNbTa)N nitride and the texture state changes in the sequence [110] → [110] + [111] → [111] for a five-element (TiZrHfNbTa)N nitride. It is shown that the presence of a bitextured state in the coating makes it possible to achieve an ultrahard state with a hardness exceeding 50 GPa. Проведено комплексні дослідження щодо впливу тиску азоту і негативного потенціалу зміщення на структуру і властивості вакуумно-дугових нітридних покриттів на основі високоентропійного сплаву TiZrHfNbTa. Визначено, що зміна тиску при осадженні (в інтервалі 0,01 ... 4 мТорр) в основному впливає на вміст атомів азоту в покритті, а подача негативного потенціалу зміщення на підкладку (Ub = -50...-250 В) дозволяє управляти вмістом металевої складової використовуючи ефект селективного розпилення атомів при формуванні покриття. Встановлено, що зі збільшенням тиску відбувається зміна структурного стану, пов'язаного з переважною орієнтацією зростання (аксіальної текстури) кристалітів. Для шестиелементного нітриду (TiZrHfVNbТа)N зі збільшенням тиску відбувається зміна текстури в послідовності [311] → [311] + [111] → [111], а для пʼятиелементного нітриду (TiZrHfNbТа)N текстурний стан змінюється в послідовності [110] → [110] + [111] → [111]. Показано, що наявність бітекстурного стану в покритті дозволяє досягти надтвердого стану з твердістю понад 50 ГПа. Проведены комплексные исследования по влиянию давления азота и отрицательного потенциала смещения на структуру и свойства вакуумно-дуговых нитридных покрытий на основе высокоэнтропийного сплава TiZrHfNbTa. Определено, что изменение давления при осаждении (в интервале 0,01…4 мТорр) в основном влияет на содержание атомов азота в покрытии, а подача отрицательного потенциала смещения на подложку (Ub.= -50…-250 В) позволяет управлять содержанием металлической составляющей c использованием эффекта селективного распыления атомов при формировании покрытия. Установлено, что с увеличением давления происходит изменение структурного состояния, связанного с преимущественной ориентацией роста (аксиальной текстуры) кристаллитов. Для шестиэлементного нитрида (TiZrHfVNbТа)N с увеличением давления происходит изменение текстуры в последовательности [311] → [311] + [111] → [111], а для пятиэлементного нитрида (TiZrHfNbТа)N текстурное состояние изменяется в последовательности [110] → [110] + [111] → [111]. Показано, что наличие битекстурного состояния в покрытии позволяет достигнуть сверхтвердого состояния с твердостью, превышающей 50 ГПа.

The influence of technological parameters of obtaining on the possibilities of structural engineering and mechanical properties of multilayer compositions of the layers of nitrides of high entropy alloy Ti-Zr-Nb-Ta-Hf and of transition metal (Group IV) nitrides has been analysed. It is shown that with the bias potential Ub lesser than -150 V was applied to the substrate during deposition, a two-phase state with the preferred orientation of the crystallites can be reached in multilayer coatings with the thickness of the layers of 50 nm. This leads to high hardness (up to 44 GPa) and to high adhesion strength (critical load up to 125 N) as well as to low wear (with a counterbody Al ₂O₃, and with steel Ac100Cr6). High-temperature annealing (700 ⁰C) of such coatings leads to enhanced texture as a result of atomic ordering, which is accompanied by increasing of hardness up to 59 GPa. The supply of bias potential exceeding 150 V, followed by a substantial mixing at the interphase boundary results in disorientation and improves dispersion of the crystallites, reduces hardness and wear resistance. High temperature annealing of such structures leads to reduction of their mechanical properties. Проаналізовано вплив технологічних параметрів отримання на можливості структурної інженерії та механічні властивості багатошарових композицій з шарів нітридів високоентропійних сплавів Ti-Zr-Nb-Ta-Hf і нітридів перехідних металів VI групи. Показано, що при потенціалі зміщення Us менше -150 В, що подається на підкладку при осадженні, у багатошарових покриттях з товщиною шарів близько 50 нм можна досягти двофазного стану з переважною орієнтацією кристалітів, що обумовлює високу твердість (до 44 ГПа) і одночасно високу адгезійну міцність (критичне навантаження до 125 Н), а також низький знос (як з контртілом Al₂O₃, так і зі сталлю Ac100Cr6). Високотемпературний відпал (700 ⁰С) таких покриттів призводить до посилення текстури в результаті атомарного упорядкування, що супроводжується зростанням твердості до 59 ГПа. Подача потенціалу зміщення, що перевищує 150 В, супроводжується істотним перемішуванням на міжфазній межі, що призводить до розорієнтації і підвищення дисперсності кристалітів, зменшення твердості і зносостійкості. Високотемпературний відпал таких структур призводить до зниження механічних властивостей.

Вивчено механічні характеристики багатоелементних покриттів (TiNbCrZrSi)N у залежності від параметрів процесу осадження, зокрема потенціалу зсуву. Спектри рентгенівської дифракції, показали, що покриття формується на основі однофазної ГЦК решітки, яке у разі нітридів має структуру типу NaCl. Твердість і модуль пружності покриття (TiNbCrZrSi)N змінюється від H = 24 ГПа і Е = 254 ГПа до H = 28,9 ГПа і Е = 291 ГПа. Коефіцієнт опору пластичної деформації (H3/E2) становить 0,28. Изучены механические характеристики многоэлементных покрытий (TiNbCrZrSi)N в зависимости от параметров процесса осаждения, в частности потенциала смещения. Спектры рентгеновской дифракции, показали, что покрытие формируется на основе однофазной ГЦК решетки, которое в случае нитридов имеет структуру типа NaCl. Твердость и модуль упругости покрытия (TiNbCrZrSi)N изменяется от H = 24 ГПа и Е = 254 ГПа до H = 28,9 ГПа и Е = 291 ГПа. Коэффициент сопротивления пластической деформации (H3/E2) имеет значение 0,28. The mechanical characteristics of the multi-element coatings (TiNbCrZrSi)N have been studied depending on the deposition process parameters, in particular the bias potential. X-ray diffraction spectra has shown, that the coating is formed on the basis of single-phase state of the fcc lattice, which in the case of nitrides has structural type NaCl. Hardness and elastic modulus of the coating (TiNbCrZrSi)N varies from H = 24 GPa and E = 254 GPa to H = 28.9 GPa and E = 291 GPa. Coatings’ index of resistance to plastic deformation (H3/E2) has a value of 0.28.

For multilayer coating system ZrN/CrN determined the effect of the pressure of the working atmosphere of nitrogen (Pɴ), DC (˗Us) and pulse (-Ui) negative bias potential during the deposition and the thickness of the layers in the period on the phase composition, texture, substructural characteristics and physical-mechanical properties. It is found that for Рɴ = (2.2...12)·10-4 Torr in the layers of chromium nitride formed on a lower nitrogen phase with the β-Cr2N simple hexagonal crystal lattice, and in the zirconium nitride layers are formed of a stoichiometric ZrN phase with a cubic lattice. Such a multilayer coating (layer thickness about 50 nm) at the maximum in this range Pɴ = 1.2·10-3 Torr is most solid (39 GPa) with a modulus of elasticity of 268 GPa and the ratio H/E = 0.145. At higher Pɴ, when the layers are formed phase stoichiometric composition with homogeneous crystal lattices (ZrN and СrN) hardness of the composition is not more than 33 GPa. The mechanisms of the effects observed are based on the higher barrier properties of the interphase boundary layers with different types of crystal lattices was discussed. Для багатошарових покриттів системи ZrN/CrN визначено вплив тиску робочої азотної атмосфери (PN), постійного (-Us) і імпульсного (-Ui) негативних потенціалів зсуву при осадженні, а також товщини шарів у періоді на фазовий склад, текстуру, субструктурні характеристики і фізико-механічні властивості. Встановлено, що при PN = (2,2...12)·10-4 Торр у шарах нітриду хрому формується нижча по азоту фаза β-Cr2N з простою гексагональною кристалічною решіткою, а в шарах нітриду цирконію відбувається формування стехіометричної фази ZrN з кубічною решіткою. Таке багатошарове покриття (товщина шарів близько 50 нм) при найбільшому з цього інтервалу PN = 1,2·10-3 Торр є найбільш твердим (39 ГПа) з модулем пружності 268 ГПа і співвідношенням H/E = 0,145. У випадку більш високих PN, коли в шарах відбувається утворення фаз стехіометричного складу з однотипними кристалічними решітками (ZrN і СrN), твердість композиції не перевищує 33 ГПа. Обговорено механізми спостережуваного ефекту, що засновані на більш високих бар'єрних властивостях міжфазної межі шарів з різними типами кристалічних решіток.

В роботі були вивчені фрикційні властивості багатокомпонентних нанокомпозитних покриттів за допомогою трибометричного методу. Наноструктуровані нітридні покриття складаються з фази твердого розчину ГЦК-типу та фази типу NaCl з переважною (111) орієнтацією. Також був вивчений вплив температури відпалу на трибологічні характеристики. Зносостійкість після термообробки зменшується з 7.8 10 – 5 мм3 N – 1 м – 1 до 1.03 10 – 5 mm3 N – 1 m – 1. В работе были изучены фрикционные свойства многокомпонентных нанокомпозитных покрытий трибометрическим методом. Наноструктурированные нитридные покрытия состоят из фазы твердого раствора ГЦК-типа и фазы типа NaCl с подавляющей (111) ориентацией. Также было изучено влияние температуры отжига на трибологические характеристики. Износостойкость после термообработки уменьшается с 7.8 10 – 5 мм3 N – 1 м – 1 до 1.03 10 – 5 mm3 N – 1 m – 1. Frictional properties of multi-element nanocomposite coatings by means of tribometry method have been studied. The obtained nitride nanostructured coatings include only a single phase of solid solution with the fcc lattice and NaCl structural type with (111) preferred orientation. The influence of annealing temperature on the tribological characteristics has been studied. It has been determined that the wear resistance (wear factor) of the coatings after annealing was 1.03 10 – 5 mm3 N – 1 m – 1 which is higher than before the annealing 7.8 10 – 5 mm3 N – 1 m – 1.