Magnetron sputtered nanolaminated coatings - prospective hard material with enhanced fracture toughness
Project goals
The main goal of the proposed project is to critically appraise the theoretical predictions based on ab-initio calculations implying that the novel nanolaminated X-B-C based MAX phase-like coatings should appropriately combine properties of ceramics and metals – high hardness with moderate ductility and enhanced fracture toughness. The main goal of this project is to synthetize these coatings by ionized deposition process and to study and elucidate the relation between their microstructure, phase composition and mechanical properties. Beside study of single phase polycrystalline X2BC (X = W or Nb) coatings, another strategies of enhancing the mechanical properties are proposed. In order to preserve the theoretically predicted excellent mechanical properties of the W2BC phase and gain good stability of the Nb2BC phase, the W in the W2BC will be partially replaced by Nb. Furthermore, the X-B-C system will be prepared and studied in the form of nanocomposite with varying contribution of the individual crystalline and amorphous phases spontaneously grown by excess of certain element.
Keywords
magnetron sputteringnanolaminatenanocompositemechanical propertiesfracture toughnessflexible hard material
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 23 (SGA0201900001)
Main participants
Masarykova univerzita / Přírodovědecká fakulta
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
19-03899S
Alternative language
Project name in Czech
Nanolaminátní vrstvy připravené magnetronovým naprašováním - perspektivní tvrdý materiál se zvýšenou lomovou houževnatostí
Annotation in Czech
Hlavním cílem předkládaného projektu je kriticky zhodnotit teoretické předpovědi založené na ab-initio výpočtech, které naznačují, že nanolominátní MAX-fázi podobný povlak X-B-C by měl vykazovat vhodnou kombinaci vlastností kovů a keramik – vysokou tvrdost a tuhost a současně i střední tažnost a zvýšenou lomovou houževnatost. Hlavními cíli tohoto projektu je připravit tyto vrstvy depozičním procesem se zvýšenou ionizací a objasnit vliv mezi jejich mikrostrukturou, fázovým složením a mechanickými vlastnostmi. Kromě studia vrstev obsahujících výhradně polykrystalickou fázi X2BC (X = W nebo Nb) budou studovány možnosti dalšího vylepšení mechanických vlastnosti těchto vrstev. Aby byly zachovány teoreticky předpovězené dobré mechanické vlastnosti W2BC a získala se navíc i výborná stabilita Nb2BC bude W v W2BC částečně nahrazen Nb. Dále bude také X-B-C systém připravován a studován ve formě nanokompozitu s proměnným podílem krystalické a amorfní fáze, která by měla spontánně růst díky nadbytku některých prvků.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
The project focused on nanolaminated XBC materials. Through ab initio calculations, mechanical properties were predicted and subsequently demonstrated by experiment. In addition to the development of computational modelling, the project led to the development of surfaces with high damage resistance compared to currently used materials.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2019
Realization period - end
Jun 30, 2022
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 1, 2022
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP23-GA0-GA-U
Data delivery date
Jun 26, 2023
Finance
Total approved costs
7,232 thou. CZK
Public financial support
6,506 thou. CZK
Other public sources
726 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
7 232 CZK thou.
Public support
6 506 CZK thou.
89%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Materials engineering
Solution period
01. 01. 2019 - 30. 06. 2022