Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)
Permanent URI for this collectionhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/197
Browse
8 results
Search Results
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 Structure and Properties of Vacuum-arc Coatings of Chromium and Its Nitrides Obtained under the Action of Constant and Pulse High-voltage Bias Potential(Sumy State University, 2017) Sobol, O.V.; Postelnyk, А.А.; Mygushchenko, R.P.; Ubeidulla, F. Al-Qawabeha; Taha, A. Tabaza; Safwan, M. Al-Qawabah; Gorban, V.F.; Stolbovoy, V.A.To reveal the regularities of structural engineering of vacuum-arc coatings based on chromium and its nitrides, the influence of the main physicotechnological factors (the pressure of the nitrogen atmosphere and the bias potential) in the formation of coatings was studied. It was discovered that during the deposition of chromium coatings the formation of the texture axis [100], as well as the macrodeformation of compression is happening. The supply of a high-voltage negative pulse potential to the substrate increases the mobility of the deposited atoms and leads to relaxation of the compression deformation. As the pressure increases from 2∙10 – 5 Torr to 4.8∙10 – 3 Torr, the phase composition of the coatings changes: Cr (JCPDS 06- 0694) → Cr2N(JCPDS 35-0803) → CrN(JCPDS 11-0065). The supply of high-voltage pulses leads to the formation of a texture of crystallites with parallel growth surfaces planes having d ≈ 0.14 nm. The structure obtained by pulsed high-voltage action makes it possible to increase the hardness of the coating to 32 GPa and reduce the friction coefficient to 0.32 in the "chromium nitride-steel" system and to 0.11 in the "chromium nitride-diamond" system. The results obtained are explained from the viewpoint of increasing the mobility of atoms and the formation of cascades of displacements when using an additional high-voltage potential in the pulse form during the deposition of chromium-based coatings.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 Effect of the Magnetron Sputtering Parameters on the Structure and Substructural Characteristics of Tantalum Diboride Films(Sumy State University, 2017) Гончаров, Олександр Андрійович; Гончаров, Александр Андреевич; Honcharov, Oleksandr Andriiovych; Юнда, Андрій Миколайович; Юнда, Андрей Николаевич; Yunda, Andrii Mykolaiovych; Шелест, Ігор Владиславович; Шелест, Игорь Владиславович; Shelest, Ihor Vladyslavovych; Буранич, Володимир Володимирович; Буранич, Владимир Владимирович; Buranych, Volodymyr VolodymyrovychThe effect of the RF- and DC-magnetron sputtering parameters on the structure and substructural characteristics of protective coatings based on tantalum diboride thin films was studied in this work.The results of the studies showed that the sign and magnitude of the applied bias potential at the use of both types of magnetron sputtering (RF and DC) have a crucial effect on the structure and substructural properties of tantalum diboride films. It was established that nanocrystalline tantalum diboride films of the overstoichiometric composition (CВ/CТа ≈ 2.2-2.6) and having strong growth texture in plane (00.1) were obtained at the bias potential of + 50 V and – 50 V in the RF- and DC-magnetron sputtering respectively. Thus obtained films had the best physico-mechanical properties and general substructural characteristic quantities: nanocristallites size of ~ 30 nm, and increased value of «c» parameter compared with the tabulated.Item Влияние на механические характеристики толщины слоев в многослойных покрытиях MoN/CrN, осаждаемых под действием отрицательного потенциала смещения(Сумский государственный университет, 2016) Береснев, В.М.; Соболь, О.В.; Столбовой, А.В.; Литовченко, С.В.; Колесников, Д.А.; Немченко, У.С.; Мейлехов, А.А.; Постельник, А.А.З використанням методу структурної інженерії в роботі проведено комплексне дослідження впливу товщини шарів багатошарової композиції MoN/CrN при впливі постійного негативного Ub на фазово-структурний стан і механічні властивості покриттів. Виявлено, що в складових (Cr-N та Mn-N) шарах формуються фази з ізоструктурною кубічною (типу NaCl) кристалічною решіткою з віссю текстури [311] при малому Ub = – 20 В і [111] при великому Ub = – 150 В. Встановлено, що перемішування в міжкордонних областях шарів при великих Ub = – 150 В призводить до різкого зниження механічних властивостей при товщині шарів h ≤ 40 нм. Найвища твердість 39,8 ГПа і абразивна міцність для LC5 = 145 Н, була досягнута для h ≈ 12 нм при подачі малого Ub = – 20 В.Item Влияние потенциала смещения на фазовый состав, структуру, субструктуру и механические характеристики многослойной системы TiN/ZrN, полученной вакуумно- дуговым испарением(Сумский государственный университет, 2015) Соболь, О.В.; Андреев, А.А.; Горбань, В.Ф.; Столбовой, В.А.; Пинчук, Н.В.; Мейлехов, А.А.Вивчено вплив постійного та імпульсного негативного потенціалів зсуву, що подаються на підкладку в процесі осадження на фазовий склад, структуру, субструктуру і механічні характеристики багатошарових покриттів ZrN/TiN з товщиною бішару 50-200 нм. Встановлена двофазність одержуваного покриття з ZrN і TiN фаз з ГЦК решіткою структурного типу NaCl, без істотного перемішування і втрати планарності шарів. Використання високовольтних імпульсів дозволяє в значній мірі змінювати структуру і властивості при Ub < 100 В. При більшому значенні Ub, постійний потенціал стає визначальним для структурної інженерії покриття. Показано, що найбільша твердість притаманна покриттям отриманим при Ub = – 140...– 150 В, при цьому H/E досягає великої величини 0,14, що складно отримати в одношарових покриттях.Item Структурная инженерия многослойной системы TiN / CrN, полученной вакуумно-дуговым испарением(Сумский государственный университет, 2015) Соболь, О.В.; Андреев, А.А.; Горбань, В.Ф.; Столбовой, В.А.; Пинчук, Н.В.; Мейлехов, А.А.Методами рентгенівської дифрактометрії, електронної мікроскопії та мікроіндентування досліджені фазовий склад, структура, субструктура і твердість вакуумно-дугових багатошарових покриттів системи TiN / CrN, отриманих в інтервалі тиску азоту 1·10 – 5 ... 5·10 – 3Торр з подачею постійного та імпульсного негативного потенціалу зсуву. Встановлено формування двохфазного стану з переважним орієнтуванням зростання кристалітів при високому тиску (1…5)·10 – 3 Торр та подачі негативного постійного потенціалу зсуву Uпп = – 20 В – вісь текстури [100], при – 230 В – вісь текстури [111]. Ґрунтуючись на дослідженнях субструктурного стану, встановлен зв’язок переходу в надтвердий (до 57 ГПа) стан зі зменшенням мікродеформації та розміру кристалітів у TiN шарах.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.