Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)
Permanent URI for this collectionhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/197
Browse
12 results
Search Results
Item Structural Engineering and Mechanical Properties of (Ti-V-Zr-Nb-Hf-Ta)N Coatings Obtained at Different Pressures(Sumy State University, 2019) Sobol, O.V.; Andreev, A.A.; Postelnyk, H.O.; Meylekhov, A.A.; Sagaidashnikov, Yu.Ye.; Stolbovoy, V.A.; Yevtushenko, N.S.; Syrenko, T.O.; Kraievska, Zh.V.; Zvyagolskiy, A.V.В роботі досліджено вплив тиску реакційного газу на текстуру, структурно-напружений стан і механічні властивості (твердість і стійкість до абразивного зносу) в вакуумно-дугових покриттях на основі нітридів Ti-V-Zr-Nb-Hf-Та високоентропійних сплавів. Встановлено, що при потенціалі зсуву – 200 В збільшення тиску азоту при осадженні від 2.5·10 – 4 до 4.5·10 – 3 Торр призводить до підвищення вмісту атомів азоту в покритті, а також формуванню бітекстурного стану: [111] + [311]. Формування біаксіальної текстури відбувається через наявність в сплавах атомів з масами, що сильно відрізняються (Ti, V та Hf, Ta). Використання багатоелементного складу при однофазному стані з простою кубічною решіткою дозволяє досягати високих значень мікродеформації (до 1.4 %) при низькому тиску осадження. Встановлено, що зі збільшенням тиску азоту при осадженні призводить до збільшення макродеформації. Найбільша твердість становить 53 ГПа і досягається в покриттях, отриманих при тиску 2·10 – 3 Toрр. Визначено, що високу стійкість до абразивного зносу мають покриття у яких: розмір зерен-кристалітів 12-25 нм, немає (або низький рівень досконалості) текстури, а також досить висока мікродеформація в кристалітах.Item The Influence of Layer Thickness and Deposition Conditions on Structural State of NbN/Cu Multilayer Coatings(Sumy State University, 2019) Sobol, O.V.; Andreev, A.A.; Meylekhov, A.A.; Postelnyk, А.А.; Stolbovoy, V.A.; Ryshchenko, I.M.; Sagaidashnikov, Yu.Ye.; Kraievska, Zh.V.The influence of the main physical and technological factors of structural engineering (layer thickness, nitrogen atmosphere pressure and bias potential) on the structural-phase state of the NbN/Cu coatings was studied. It was established that with an increase in the thickness of niobium nitride layers from 8 to 40 nm (in the NbN/Cu multilayer composition), the phase composition changes from the metastable NbN (cubic crystal lattice, NaCl structural type) to the equilibrium ε-NbN phase with a hexagonal crystal lattice. At low pressure PN = 7·10 – 4 Torr in thin layers (about 8 nm thick), regardless of the Ub, the-NbN phase is formed. The reason for the stabilization of this phase can be the uniformity of the metallic fcc crystal lattice of the δ-NbN phase with the Cu crystal lattice. As the pressure increases from РN = 7·10 – 4 Torr to 3·10 – 3 Torr, a more equilibrium ε-NbN phase with a hexagonal crystal lattice is formed. An increase in the bias potential during deposition from – 50 V to – 200 V mainly affects the change in the preferred orientation of crystallite growth. In thin layers of the -NbN phase (about 8 nm), a crystallite texture with the [100] axis is formed. In layers with a thickness of 40-120 nm, crystallites of the -NbN phase are predominantly formed with a hexagonal (004) plane parallel to the growth plane. At the greatest layer thickness (more than 250 nm), the NbN phase crystallites are predominantly formed with a (110) hexagonal lattice plane parallel to the growth plane. The results obtained show great potential for structural engineering in niobium nitride when it is used as a constituent layer of the NbN/Cu multilayer periodic system.Item The Use of Negative Bias Potential for Structural Engineering of Vacuum-Arc Nitride Coatings Based on FeCoNiCuAlCrV High-Entropy Alloy(Sumy State University, 2018) Sobol, O.V.; Andreev, A.A.; Gorban, V.F.; Meylekhov, A.A.; Postelnyk, А.А.; Stolbovoy, V.A.; Zvyagolskiy, A.V.Досліджено вплив негативного потенціалу зміщення (Ub = – 40, – 110 і – 200 В) при осадженні багатоелементних покриттів на їх склад, структуру і механічні властивості. Показано, що при використанні високоентропійного багатоелементного (з 7 елементів) FeCoNiCuAlCrV сплаву можна отримати однофазний нітрид (FeCoNiCuAlCrV)N. Нітрид має ГЦК кристалічну решітку (структурний тип NaCl). Встановлено, що при збільшенні Ub в структурному стані відбувається перехід від практично нетекстурованих (полікристалічне) до переважної орієнтації зростання кристалітів з віссю текстури [111] (при Ub = – 110 В) і [110] (при Ub = – 200 В). Це супроводжується зменшенням періоду решітки, а також зниженнем твердості і модуля пружності. Для покриттів (FeCoNiCuAlCrV)N найбільша твердість 38 ГПа досягається при використанні найменшого (– 40 В) потенціалу зміщення в процесі осадження. Показано, що для досягнення високої твердості при великих Ub необхідно збільшувати вміст в високоентропійном сплаві елементів з високою нітрідоутворюючою здатністю.Item The Influence of Layers Thickness on the Structure and Properties of Bilayer Multiperiod Coatings Based on Chromium Nitride and Nitrides of Transition Metals Ti and Mo(Sumy State University, 2018) Sobol, O.V.; Meylekhov, A.A.; Mygushchenko, R.P.; Postelnyk, А.А.; Tabaza, Taha A.; Al-Qawabah, Safwan M.; Gorban, V.F.; Stolbovoy, V.A.The influence of the layers thickness of bilayer multi-period coatings of the CrNx/MoNx and CrNx/TiNx systems on their phase-structural state, substructure, stress-strain state and mechanical properties was studied using methods of precision structural analysis in combination with computer simulation of implantation processes during particle deposition. It is established that a two-phase structure of CrN and -Mo2N phases of the structural type NaCl is formed in the multi-period coatings of the CrNx/MoNx system with a nanometer thickness of the layers. Because of the small difference in periods (less than 0.5 %) for Λ < 20 nm, the layers form a coherent interlayer interface. The use of small Ub = – 20 V during deposition makes it possible to avoid significant mixing at interlayer (interphase) boundaries even at the smallest Λ = 10 nm. Nitride layers formed under conditions of vacuum arc deposition are under the action of compressive stresses. In the СrNх/TiNх system, because of the relatively large discrepancy between periods (more than 2.5 %), during the formation of the same structural components in the layers (CrN and TiN phases of the structural type NaCl), the epitaxial growth with period adjusting does not occur, even for the smallest Λ 10 nm. The action of the deformation factor at the interphase boundary allows achieving an ultrahard state (with a hardness of about 50 GPa), which causes a relatively low friction coefficient. The obtained results on the formation of phase-structural states with the nanoscale thickness of layers of multi-period nitride coatings are explained from the position of minimization of surface energy and deformation energy.Item Mixing on the Boundaries of Layers of Multilayer Nanoperiod Coatings of the TiNх/ZrNх System: Simulation and Experiment(Sumy State University, 2017) Sobol, O.V.; Meylekhov, A.A.; Mygushchenko, R.P.; Postelnyk, А.А.; Sagaidashnikov, Yu.Ye.; Stolbovoy, V.A.Using the complex of methods for attestation of the structural state in combination with computer simulation and measurement of mechanical properties (hardness), the influence of the period Λ on the mixing process on the interlayer boundaries of multilayer coatings TiNх/ZrNх is studied. The formation of two phases (TiN and ZrN) with one type of crystal lattice (structural type NaCl) is identified in the layers of multiperiodic compositions TiNx/ZrNx with a period of Λ = 20 ... 300 nm. At Λ 10 nm, the formation of a solid solution (Zr, Ti)N, as well as a small volume of the TiN phase is revealed on XRD spectras. The presence of TiN component is due to the larger initial value of the layer based on titanium nitride. To explain the results obtained, the results of computer simulation of damage at the atomic level during bombardment by ions accelerated in the Ub field are used. The critical thickness of mixing (about 7 nm) in the TiNx/ZrNx system is determined upon condition that Ub = – 110 V. It is established that a decrease in the period from 300 to 20 nm leads to increase in hardness. The highest hardness of 44.8 GPa corresponds to the superhard state. It is established that the critical thickness of radiation-stimulated defect formation has a significant effect on the stress-strain state and hardness of coatings with a small Λ ≈ 10 nm. In this case, relaxation of the stress-strain compression state occurs and the hardness decreases. However, the formation of a solid solution, while retaining part of the unreacted layer of titanium nitride at Λ = 10 nm, makes it possible to obtain an ultrahigh (44.8 GPa) hardness of the coating.Item Structure and Physics Mechanical Properties of Multiperiod Vacuum-arc Coatings on the Basis of Two-layer System TiN[x]/ZrN[x](Sumy State University, 2017) Sobol, O.V.; Andreev, A.A.; Bochulia, T.V.; Stolbovoy, V.A; Gorban, V.F.; Yanchev, A.V.; Meylekhov, A.A.By methods of structural analysis (a precise X-ray diffraction method and raster electron microscopy) in conjunction with tests on physical and mechanical characteristics (hardness, elastic modulus, friction force and friction coefficient) comprehensive studies have been conducted. Such complex researches are the basis for optimization of properties of multiperiod systems TiNx/ZrNx by changing their structural states (structural engineering). The main parameters of changes were: number of layers (n) from 134 to 534 (at total coating thickness of about 10 microns) and magnitude of negative bias potential Ub. Formation of biphasic (TiNx and ZrNx) condition was revealed. On substructural level the most sensitive to Ub is micro-strained state. The growth of micro-strain with an increase numbers of ZrNx layers (at the greatest Ub = – 200 V) testifies about the determining contribution of irradiation of heavy Zr ions in defect formation at formation of coating. Is established that under optimal technological parameters of receiving of multiperiod TiNx/ZrNx coatings their hardness is in the range 40-50 GPa that corresponds to super hard condition. Dependence of penetration depth of indenter is revealed during testing in a pair of "diamond - multiperiod TiNx/ZrNx coating" and coefficient of friction on the ratio H/E, which characterizes the elasticity of material.Item Structural Engineering of the Multilayer Vacuum Arc Nitride Coatings Based on Ti, Cr, Mo and Zr(Sumy State University, 2017) Sobol, O.V.; Postelnyk, A.A.; Meylekhov, A.A.; Andreev, A.A.; Stolbovoy, V.A.; Gorban, V.F.The possibilities of structural engineering of multi-period vacuum-arc coatings based on nitrides of transition metals Ti, Cr, Mo, and Zr have been investigated by structural studies (X-ray diffraction and electron microscopy) in combination with measurement of hardness by indentation. The formation of phases with a cubic crystal lattice under nonequilibrium conditions under vacuum arc method of production. The supply of a negative bias potential of – 200V in mononitrides leads to the predominant formation of texture of crystallites with the [111] axis. The introduction of thin (about 10 nm) metal layers leads to a decrease in texture perfection [111] and texture formation [100]. This effect is associated with a change in the stress-strain state of nitride layers. It is determined that the composite multiperiod coatings (Me1N/Me2N)/(Me1/Me2) have a greater hardness and greater resistance compared to MeN/Me. For a multiperiod system with damping metal layers – (ZrN/CrN)/(Zr/Cr), superhard coatings with a hardness of 46 GPa were obtained.Item A Computer Simulation of Radiation-Induced Structural Changes and Properties of Multiperiod ZrNx/MoNx System(Sumy State University, 2017) Sobol, O.V.; Meylekhov, A.A.; Bochulia, T.V.; Stolbovoy, V.A.; Gorban, V.F.; Postelnyk, А.А.; Shevchenko, S.M.; Yanchev, A.V.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.Item Structural Engineering Multiperiod Coating ZrN/MoN(Sumy State University, 2016) Sobol', O.V.; Meylekhov, A.A.; Stolbovoy, V.A.; Postelnyk, A.A.Використовуючи метод структурної інженерії шляхом зміни товщини шарів в багатоперіодній системі ZrN/MoN досліджено вплив фазово-текстурного стану кристалітів і їх розмір на твердість вакуумно-дугових покриттів. Виявлено визначальний вплив ZrN шарів на формування переважної орієнтації зросту з віссю [100] при малій товщині шарів 7-20 нм (час осадження 3 -10 сек). При великій то- вщині шарів визначальним текстуру [311] є кристаліти y-Mo[2]N фази, що формується в Mo-N шарах. Імпульсна високовольтна стимуляція не змінюючи тип структурних станів для різних товщин шарів, призводить до часткової разорієнтації текстури при великій товщині шарів. Твердість покриттів з товстими (80 нм) шарами становить 35-37 ГПа. У шарах малої товщини імпульсна стимуляції рухливості атомів призводить до формування планарної структури з середнім розміром кристалітів в шарах 4-9 нм, що супроводжується підвищенням твердості до 44 ГПа.Item Using a bias potential in a constant and pulse modes for structural engineering vacuum arc nanocrystalline coatings of zirconium nitride(Sumy State University, 2014) Sobol’, O.V.; Andreev, A.A.; Stolbovoy, V.A.; Gorban, V.F.; Pinchuk, N.V.; Meylekhov, A.A.In order to develop the direction of "structural engineering nitride coatings" in the work conducted systematic analysis of the impact of the negative bias potential (direct and high-voltage pulse) on the structure, substructure and mechanical properties of ZrN coatings obtained by vacuum arc evaporation. Defined boundary value of (– 100 V) DC potential applied to the substrate, below which a high-voltage pulse potential (– 1200 ... – 2000 V quantity that allows to form peaks bias) makes a decisive contribution to the formation of preferred orientation of the crystallites with the [110] axis. The highest values of hardness 43 GPa are achieved at a constant potential -70 V. Supply high-voltage pulse shifts the maximum hardness in the direction of a greater value of the constant potential.