Please use this identifier to cite or link to this item: http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/67379
Title: 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
Other Titles: Вплив товщини шарів на структуру і властивості бішарових багатоперіодних покриттів на основі нітриду хрому і нітридів перехідних металів Ti і Mo
Влияние толщины слоев на структуру и свойства бислойных многопериодных покрытий на основе нитрида хрома и нитридов переходных металлов Ti и Mo
Authors: 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.
Keywords: Vacuum arc
Multi-period coatings
CrN
MoN
TiN
Layer thicknessm
Bias potential
Phase composition
Structure
Computer simulation
Hardness
Friction coefficient
Вакуумна дуга
Багатоперіодні покриття
Товщина шару
Потенціал зсуву
Фазовий склад
Структура
Комп'ютерне моделювання
Твердість
Коефіцієнт тертя
Вакуумная дуга
Многопериодные покрытия
Толщина слоя
Потенциал смещения
Фазовый состав
Компьютерное моделирование
Твердость
Коэффициент трения
Issue Year: 2018
Publisher: Sumy State University
Citation: Sobol, O.V. 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 [Текст] / O.V. Sobol, A.A. Meylekhov, R.P. Mygushchenko [et al.] // Журнал нано- та електронної фізики. – 2018. – Т.10, № 1. – 01010. – DOI: 10.21272/jnep.10(1).01010.
Abstract: 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.
Методами прецизійного структурного аналізу в поєднанні з комп’ютерним моделюванням імплантаційних процесів при осадженні прискоренних частинок досліджено вплив товщини шарів двошарових багатоперіодних покриттів систем CrNx/MoNx і СrNх/TiNх на їх структурно фазовий стан, субструктуру, напружено-деформований стан і механічні властивості. Встановлено, що в багатоперіодних покриттях системи CrNx/MoNx нанометровою товщиною шарів формується двофазна структура з CrN і -Mo2N фаз структурного типу NaCl. Через малу різницю в періодах (менше 0,5 %) при Λ < 20 нм шари формують когерентний міжшаровий інтерфейс. Використання при осадженні низької Ub = – 20 В дозволяє уникнути істотного перемішування на міжшарових (міжфазних) границях навіть при найменшому Λ = 10 нм. Нітридні шари, які формуються в умовах вакуумно-дугового осадження знахо- дяться під дією напружень стиснення. В системі СrNх/TiNх через відносно велику невідповідності періодів (понад 2,5 %) при формуванні однотипних структурних складових в шарах (CrN і TiN фази структурного типу NaCl) епітаксіального зростання з пристосуванням періодів не відбувається навіть при найменшому Λ = 10 нм. Дія при цьому деформаційного фактора на міжфазній границі дозволяє досягти надтвердого стану (з твердістю близько 50 ГПа), що обумовлює відносно низький коефіцієнт тертя. Отримані результати по формуванню структурно фазових станів при нанорозмірній товщині шарів багатоперіодних нітридних покриттів пояснені з позиції мінімізації поверхневої енергії та енергії деформації.
Методами прецизионного структурного анализа в сочетании с компьтерным моделированием имплантационных процессов при осаждении ускоренных частиц изучено влияние толщины слоев бислойных многопериодных покрытий систем CrNx/MoNx и СrNх/TiNх на их фазово-структурное состояние, субструктуру, напряженно-деформированное состояние и механические свойства. Установлено, что в многопериодных покрытиях системы CrNx/MoNx с нанометровой толщиной слоев формируется двухфазная структура из CrN и -Mo2N фаз структурного типа NaCl. Из-за малой разницы в периодах (менее 0,5 %) при Λ < 20 нм слои формируют когерентный межслоевой интерфейс. Использование при осаждении малого Ub = – 20 В позволяет избежать существенного перемешивания на межслоевых (межфазных) границах даже при самом малом Λ = 10 нм. Формируемые в условиях вакуумно-дугового осаждения нитридные слои находятся под действием напряжений сжатия. В системе СrNх/TiNх из-за относительно большого несоответствия периодов (более 2,5 %) при формировании однотипных структурных составляющих в слоях (CrN и TiN фазы структурного типа NaCl) эпитаксиального роста с подстраиванием периодов не происходит даже при самом малом Λ = 10 нм. Действие при этом деформационного фактора на межфазной границе позволяет достичь сверхтвердого состояния (с твердостью около 50 ГПа), что обуславливает относительно низкоий коэффициент трения. Полученные результаты по формированию фазово-структурных состояний при наноразмерной толщине слоев многопериодных нитридных покрытий объяснены с позиции минимизации поверхностной энергии и энергии деформации.
URI: http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/67379
Type: Article
Appears in Collections:Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)

Views
Other21
Germany1
United States1
Downloads
Other11
Germany1


Files in This Item:
File Description SizeFormatDownloads 
Sobol_jnep_V10_01010.pdf1.37 MBAdobe PDF12Download


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.