Вплив умов осадження на мікроструктуру та склад моношарових нітридних та карбідно-нітридних мультишарових покриттів на основі W та Nb
Анотація
У роботі досліджено структурну та композиційну еволюцію моношарових покриттів WNbN та багатошарових покриттів WNbN/WNbC, осаджених методом катодного дугового випаровування. Вплив напруги зміщення підкладки (від -50 В до -200 В) і струму катодної дуги (130 - 150 А для W, 110 - 120 А для Nb) систематично вивчався з метою адаптації морфології покриттів, фазоутворення та розподілу елементів. Мікроструктурний аналіз поперечного перерізу виявив псевдобагатошарові структури всередині моношарів через обертання підкладки та обмежену взаємодифузію. Збільшення напруги зміщення сприяло ущільненню, подрібненню зерен і покращенню адгезії, але також посилювало повторне розпилення азоту, впливаючи на стехіометрію і швидкість осадження. Багатошарові покриття демонстрували чітке чергування шарів нітридів і карбідів, причому на морфологію і кристалічність сильно впливала енергія іонів і утворений потік іонів металу. Структурний аналіз підтвердив домінування кубічних твердих розчинів на основі WNbN і WNbC з незначною кількістю гексагональних W2N і Nb2N. Розмір зерен коливався від 6 до 15 нм в залежності від параметрів осадження. Оптимальна структура була досягнута при помірному зміщенні (-120 В) і високому струмі дуги W, що дозволило отримати однорідні шари, збалансований склад і підвищену кристалічність. Результати демонструють, як контрольовані параметри процесу дозволяють створювати високоефективні нанокомпозитні покриття з регульованою мікроструктурою і фазовим складом, придатні для захисних застосувань.
Завантаження
Посилання
Z. Zhang, X. Wang, Q. Zhang, Y. Liang, L. Ren, and X. Li, Opt. Laser Technol. 119, 105622 (2019). https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105622
O. Kessler, T. Herding, F. Hoffmann, and P. Mayr, Surface and Coatings Technology, 182(2-3), 184 (2004). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.08.054
Y. Zhao, T. Yu, C. Guan, J. Sun, and X. Tan, Ceramics International, 45(16), 20824 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.07.070
J. Deng, J. Liu, Z. Ding, and M. Niu, Materials & Design, 29(9), 1828 (2008). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2008.03.007
E. Atar, E.S. Kayali, and H. Cimenoglu, Tribology International, 39(4), 297 (2006). https://doi.org/10.1016/j.triboint.2005.01.038
H.J. Ramos, and N.B. Valmoria, Vacuum, 73(3-4), 549(2004). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2003.12.158
A. Bendavid, P.J. Martin, T.J. Kinder, and E.W. Preston, Surface and Coatings Technology, 163-164, 347 (2003). https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00623-0
T. Zhang, J.H. Song, X.B. Tian, P.K. Chu, and I.G. Brown, J. Vac. Sci. Technol. А19, 2048 (2001). https://doi.org/10.1116/1.1372896
K.-W. Kim, B.J. Kim, S.H. Lee, T. Nasir, H.K. Lim, I.J. Choi, B.J. Jeong, et al., Coatings, 8(11), 379 (2018). https://doi.org/10.3390/coatings8110379
B.-R. Kim, K.-D. Woo, J.-K. Yoon, J.-M. Doh, and I.-J. Shon, Journal of Alloys and Compounds, 481(1-2), 573 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.03.036
D.T. Quinto, in: 50th Annual Technical Conference Proceedings, 5-11 (2007), pp. 5-11. https://www.svc.org/clientuploads/directory/resource_library/07_005.pdf
J. Ratajski, W. Gulbiński, J. Staśkiewicz, et al., Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 37(2), 668 (2009). http://jamme.acmsse.h2.pl/papers_vol37_2/37263.pdf
N. Nedfors, O.E. Tengstrand, E. Lewin, et al., Surface & Coatings Technology. 206(2-3), 354 (2011). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.07.021
K. Bobzin, N. Bagcivan, P. Immich, et al., Thin Solid Films, 517(3), 1251 (2008). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2008.06.050
C. Zhao, X. Xing, J. Guo, Z. Shi, Y. Zhou, X. Ren, and Q. Yang, Journal of Alloys and Compounds, 788, 852 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.284
T. Dash, and B.B. Nayak, Ceramics International, 45(4), 4771 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.11.170
B. Osinger, O. Donzel-Gargand, S. Fritze, U. Jansson, and E. Lewin, Vacuum, 224, 113146 (2024). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113146
Y. Chen, J. Shen, and N. Chen, Solid State Communications, 149(3-4), 121 (2009). https://doi.org/10.1016/j.ssc.2008.11.004
K.V. Chauhan, and S.K. Rawal, Procedia Technology, 14, 430 (2014). https://doi.org/10.1016/j.protcy.2014.08.055
M. Ghufran, G.M. Uddin, S.M. Arafat, M. Jawad, and A. Rehman, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 235(1), 196 (2020). https://doi.org/10.1177/1350650120933412
R. Haubner, M. Lessiak, R. Pitonak, A. Köpf, and R. Weissenbacher, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 62B, 210 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2016.05.009
A.R. Naghashzadeh, A. Shafyei, and F. Sourani, J. of Mater. Eng. and Perform. 31, 4335 (2022). https://doi.org/10.1007/s11665-021-06533-2
A. Pogrebnjak, K. Smyrnova, and O. Bondar, Coatings, 9(3), 155, (2019). https://doi.org/10.3390/coatings9030155
J.S. Koehler, Physical Review B, 2, 547 (1970). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.2.547
X. Junhua, G. Mingyuan, and L. Geyang, Journal of Materials Science, 35, 3535 (2000). https://doi.org/10.1023/A:1004853211220
P.M. Anderson, T. Foecke, and P.M. Hazzledine, MRS Bulletin, 24, 27 (1999). https://doi.org/10.1557/S0883769400051514
J.C. Caicedo, A. Guerrero, and W. Aperador, Vacuum, 143, 217 (2017). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.06.015
Y. Li, Q. Ye, Y. Zhu, et al., Surface and Coatings Technology, 362, 27 (2019). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.01.091
A.D. Pogrebnjak, V.I. Ivashchenko, P.L. Skrynskyy, et al., Composites Part B: Engineering, 142, 85 (2018). https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.01.004
A. González-Hernández, A.B. Morales-Cepeda, M. Flores, et al., Coatings, 11(7), 797 (2021). https://doi.org/10.3390/coatings11070797
S. Zhang, E. Byon, M. Li, et al., Thin Solid Films, 519(6), 1901 (2011). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.10.024
I. V. Serdyuk, V. O. Stolbovyi, A. V. Dolomanov, and V. M. Domnych, Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 44(4), 547 (2022). (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/mfint.44.04.0547
O.V. Maksakova, V.M. Beresnev, S.V. Lytovchenko et al., East European Journal of Physics, (1), 396 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-49
Цитування
Maksakova Olga, Beresnev Vyacheslav, Lytovchenko Serhii, Sahul Martin, Horokh Denys, Mazilin Bohdan & Afanasieva Inna (2025)
Crossref
Авторське право (c) 2025 О.В. Максакова, В.М. Береснев, С.В. Литовченко, Д.В. Горох, Б.О. Мазілін, І.О. Афанасьева, М. Чапловичова, Мартин Сахул
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
