Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi
Проведено дослідження впливу виникаючого функціонального слою на монокристалі вольфраму на фізико-механічні властивості його поверхні на наномасштабному рівні. Показано, що функціональний шар, що виникає за п’ять днів, має більш гладку поверхню та більш високі фізико-механічні властивості, ніж сам м...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5970 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi / М.О. Цисар, Р.С. Шмигера // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 2. — С. 143-145. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860133695022694400 |
|---|---|
| author | Цисар, М.О. Шмигера, Р.С. |
| author_facet | Цисар, М.О. Шмигера, Р.С. |
| citation_txt | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi / М.О. Цисар, Р.С. Шмигера // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 2. — С. 143-145. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Проведено дослідження впливу виникаючого функціонального слою на монокристалі вольфраму на фізико-механічні властивості його поверхні на наномасштабному рівні. Показано, що функціональний шар, що виникає за п’ять днів, має більш гладку поверхню та більш високі фізико-механічні властивості, ніж сам монокристал вольфраму.
Influence of tungsten monocrystal functional layer on surface physical and mechanical properties at a nanoscale level has been studied. It was shown that functional layer that grows in five days has more smooth surface and higher physical and mechanical properties than the tungsten monocrystal itself.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:45:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2
143
PACS: 61.72.-y
М.О. Цисар, Р.С. Шмигера
ВПЛИВ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ШАРУ
НА ШОРСТКIСТЬ ПОВЕРХНI
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
вул. Автозаводська, 2, м. Київ, 04074, Україна
Проведено дослідження впливу виникаючого функціонального слою на монокристалі
вольфраму на фізико-механічні властивості його поверхні на наномасштабному рівні.
Показано, що функціональний шар, що виникає за п’ять днів, має більш гладку поверх-
ню та більш високі фізико-механічні властивості, ніж сам монокристал вольфраму.
Нами було проведено серію випробувань на поверхні монокристалу вольф-
раму. Ціль випробовувань – підтвердити факт згладжування поверхні монокри-
сталу та підвищення фізико-механічних властивостей за рахунок виникнення
функціонального слою. Зразок був попередньо оброблений, з його поверхні ви-
далено функціональний шар методом хімічного травлення (в водному розчині
NaOH). Випробовування проводились на сканівному тунельному мікроскопі з
алмазним вістрям, що розроблялось в Інституті надтвердих матеріалів, та на-
нотвердомері Nano Indenter II (MTS Systems, США). Серія експериментів пред-
ставляла собою багатократне сканування однієї і тої самої поверхні.
З літератури відомо, що для більшості випадків функціональний шар на
поверхні зразка виникає через 24 години на відкритому повітрі [1,2], після
цього він продовжує наростати, проте цей процес уповільнюється. Нами бу-
ло обрано витримку в 5 діб, таким чином ми могли із впевненістю стверд-
жувати, що функціональний шар існує.
Опис експериментальних результатів
Звернемо увагу на те, що на трьохвимірних зображеннях поверхні монокри-
сталу вольфраму без функціонального шару (рис. 1,а) ми бачимо відносно поло-
гий рельєф з характерними сплесками. Їх можна охарактеризувати як машинну
похибку або домішки на поверхні. У випадку, коли на поверхні зразка є
функціональний шар, структура стає блочною або навіть повністю плоскою (рис.
1,б). Однак шорсткість в даному випадку нижче, навіть судячи з зображень.
Експериментально було показано зниження шорсткості для поверхні з
функціональним шаром порівняно з поверхнею, на котрій він відсутній (рис. 2).
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2
144
В якості оціночних параметрів шорсткості були обрані Rt, Rz та Ra у зв’язку
з тим, що вони безпосередньо характеризують висоти профілю (концентра-
тори напружень) по максимальній висоті, по десяти точках і по всіх точках
поверхні.
а б
Рис. 1. Трьохвимірне СТМ-зображення поверхні вольфраму: а – без функціонального
шару, розмір кадру 60 × 60 nm; б – з функціональним шаром, блочна структура,
розмір кадру 60 × 60 nm
Рис. 2. Графіки середньої арифметичної шорсткості (а), середньої шорсткості по
десяти точках (б) та розмаху висот (в): --○-- – поверхня монокристалу вольфраму
без функціонального шару, ―□― – поверхня вольфраму з функціональним шаром
Final plane Final plane
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2
145
Всі графіки було побудовано на базі п’яти точок відповідно до циклів ви-
пробувань. Кожна точка відповідає середньому значенню шорсткості для
циклу. Так, на графіку рис. 2 показано зміну Ra, Rz, Rt; для цих величин спо-
стерігається двократне зменшення значення у випадку поверхні без функціо-
нального слою.
Максимальні напруження зсуву в зоні відбитку після проходження пружної
зони сягають 9.6 GPa. Наявність функціонального шару підвищує границю
текучості, згідно з діаграмою навантаження вона збільшується до 23 GPa.
Основною причиною зростання границі текучості є зменшення ефективності
локальних концентраторів напружень [3] (зменшення шорсткості поверхні) в
зоні контакту внаслідок формування функціонального шару.
Висновки
На основі експериментальних даних ми можемо зробити висновки, що
гіпотеза про вирівнювання поверхні завдяки виникненню на ній
функціонального шару (5–10 nm) підтверджується. Встановлене різке зро-
стання величини критичного навантаження в зразку з функціональним ша-
ром в порівнянні з тим самим зразком після хімічного травлення.
1. В.К. Неволин, Физические основы туннельно-зондовой микроскопии. Учебник
для ВТУзов, Москва (2000).
2. Б.А. Гурович, Тезисы докладов конференции СИН-нано (2008).
3. Ю.В. Мильман, Б.А. Галанов, С.И. Чугунова, Характеристика пластичности, по-
лучаемая при измерении твердости, Наукова думка, Киев (1992).
M.O. Tsisar, R.S. Shmygera
INFLUENCE OF FUNCTIONAL LAYER ON SURFACE ROUGHNESS
Influence of tungsten monocrystal functional layer on surface physical and mechanical
properties at a nanoscale level has been studied. It was shown that functional layer that
grows in five days has more smooth surface and higher physical and mechanical proper-
ties than the tungsten monocrystal itself.
Fig. 1. Three-dimensional STM image of tungsten surface: а – without a functional layer,
size 60 × 60 nm; б – with a functional layer, sectional structure, size 60 × 60 nm
Fig. 2. Average roughness diagram (a), ten point height roughness (б) and peak to peak
value (в): --○-- – surface of tungsten monocrystal without a functional layer, ―□― –
surface of tungsten with a functional layer
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-5970 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:45:47Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Цисар, М.О. Шмигера, Р.С. 2010-02-12T17:51:58Z 2010-02-12T17:51:58Z 2009 Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi / М.О. Цисар, Р.С. Шмигера // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 2. — С. 143-145. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 0868-5924 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5970 Проведено дослідження впливу виникаючого функціонального слою на монокристалі вольфраму на фізико-механічні властивості його поверхні на наномасштабному рівні. Показано, що функціональний шар, що виникає за п’ять днів, має більш гладку поверхню та більш високі фізико-механічні властивості, ніж сам монокристал вольфраму. Influence of tungsten monocrystal functional layer on surface physical and mechanical properties at a nanoscale level has been studied. It was shown that functional layer that grows in five days has more smooth surface and higher physical and mechanical properties than the tungsten monocrystal itself. uk Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi Influence of functional layer on surface roughness Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi Цисар, М.О. Шмигера, Р.С. |
| title | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi |
| title_alt | Influence of functional layer on surface roughness |
| title_full | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi |
| title_fullStr | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi |
| title_full_unstemmed | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi |
| title_short | Вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi |
| title_sort | вплив функціонального шару на шорсткiсть поверхнi |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5970 |
| work_keys_str_mv | AT cisarmo vplivfunkcíonalʹnogošarunašorstkistʹpoverhni AT šmigerars vplivfunkcíonalʹnogošarunašorstkistʹpoverhni AT cisarmo influenceoffunctionallayeronsurfaceroughness AT šmigerars influenceoffunctionallayeronsurfaceroughness |