Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа

Исследован процесс эрозии TiN покрытий, полученных вакуумно-дуговым методом с использованием разных технологических приемов: при подаче высоковольтных импульсов отрицательной полярности на подложку и без таковых, при различных давлениях рабочего газа (азота). Для сравнения измерены также эрозионные...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физическая инженерия поверхности
Дата:	2011
Автори:	Глазунов, Г.П., Андреев, А.А., Бондаренко, М.Н., Конотопский, А.Л., Моисеенко, В.Е., Столбовой, В.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2011
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76899
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:	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа / Г.П. Глазунов, А.А. Андреев, М.Н. Бондаренко, А.Л. Конотопский, В.Е. Моисеенко, В.А. Столбовой // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 250–255. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859655788460507136
author	Глазунов, Г.П. Андреев, А.А. Бондаренко, М.Н. Конотопский, А.Л. Моисеенко, В.Е. Столбовой, В.А.
author_facet	Глазунов, Г.П. Андреев, А.А. Бондаренко, М.Н. Конотопский, А.Л. Моисеенко, В.Е. Столбовой, В.А.
citation_txt	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа / Г.П. Глазунов, А.А. Андреев, М.Н. Бондаренко, А.Л. Конотопский, В.Е. Моисеенко, В.А. Столбовой // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 250–255. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Физическая инженерия поверхности
description	Исследован процесс эрозии TiN покрытий, полученных вакуумно-дуговым методом с использованием разных технологических приемов: при подаче высоковольтных импульсов отрицательной полярности на подложку и без таковых, при различных давлениях рабочего газа (азота). Для сравнения измерены также эрозионные характеристики нержавеющей стали (SS). Скорости эрозии измерялись методом взвешивания на аналитических весах до и после плазменной обработки в атмосфере азота и воздуха при температурах 500 – 1000 °С. Показано, что абсолютные величины коэффициентов распыления для обоих видов TiN-покрытий примерно в два-три раза ниже, чем для нержавеющей стали и слабо зависят от температуры. Скорость эрозии TiN-покрытий, осажденных при более низких давлениях (~2⋅10⁻³ Торр) существенно ниже, чем для покрытий напыленных при более высоких давлениях азота (5⋅10⁻³ Торр). Показано, что абсолютные величины скорости эрозии (распыления) в воздушной плазме образцов TiN и SS более чем в два раза ниже значений эрозии для образцов, подвергнутых обработке азотной плазмой. В тоже время скорости газовыделения примесей в вакууме для таких образцов возрастали примерно в два раза. Обсуждаются возможные физические механизмы для объяснения такого характера поведения эрозии и газовыделения в вакууме. Досліджено процес ерозії TіN покриттів, отриманих вакуумно-дуговим методом з використанням різних технологічних прийомів: при подачі високовольтних імпульсів негативної полярності на підкладинку та без таких, при різних тисках робочого газу (азоту). Для порівняння віміряні також ерозійні характеристики нержавіючої сталі (SS). Швидкості ерозії вимірялися методом зважування на аналітичних вагах до та після плазмової обробки в атмосфері азоту й повітря при температурах 500 – 1000 °С. Показано, що абсолютні величини коефіцієнтів розпилення для обох видів TiN-покриттів приблизно у два-три рази нижче, ніж для нержавіючої сталі та слабко залежать від температури. Швидкість ерозії TiN-покриттів, осаджених при більш низьких тисках (~2⋅10⁻³ Торр) істотно нижчі, ніж для покриттів напилених при більш високих тисках азоту (5⋅10⁻³ Торр). Показано, що абсолютні величини швидкості ерозії (розпилення) у повітряній плазмі зразків TіN і SS більш ніж у два рази нижчі значень ерозії для зразків, підданих обробці азотною плазмою. У той же час швидкості газовиділення домішок у вакуумі для таких зразків зростали приблизно у два рази. Обговорюються можливі фізичні механізми для пояснення такого характеру поводження ерозії й газовиділення у вакуумі. The process was studied of an erosion of titanium nitride coatings deposited with help of vacuumarc method using different technological ways: with high voltage negative pulses on substrate and without of the ones, at different pressure of work gas (nitrogen). For comparison the stainless steel erosion characteristics were measured, too. The erosion rates were measured with weight loss method by the weighting before and after exposure in plasma of discharges in nitrogen or air atmosphere at the temperatures of 500 – 1000 °C. It was shown that the absolute values of erosion rates of all kinds of the samples were in about 2 – 3 times lower than that for SS samples and weakly depends on the temperature. The erosion rate of TiN coatings deposited at low work gas pressure (2⋅10⁻³ Torr) was essentially lower than that for samples produced at more high pressure (5⋅10⁻³ Torr). It was shown that the absolute values of erosion rate of the samples (both TiN and SS) exposed in air plasmas were in about two times lower than that for the ones exposed to nitrogen plasmas. At the same time the impurity outgassing in vacuum from such samples increased in about two times in compare with the samples treated with nitrogen plasma. The possible physical mechanisms are discussed to explain such character of the erosion and outgassing behavior.
first_indexed	2025-12-07T13:38:59Z
format	Article
fulltext	250 УДК. 621.385; 533.15 ЭРОЗИЯ ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ TiN ПОКРЫТИЙ И НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛАЗМЫ РАЗРЯДОВ МАГНЕТРОННОГО ТИПА Г.П. Глазунов, А.А. Андреев, М.Н. Бондаренко, А.Л. Конотопский, В.Е. Моисеенко, В.А. Столбовой Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт” Украина Поступила в редакцию 22.09.2011 Исследован процесс эрозии TiN покрытий, полученных вакуумно-дуговым методом с ис- пользованием разных технологических приемов: при подаче высоковольтных импульсов от- рицательной полярности на подложку и без таковых, при различных давлениях рабочего газа (азота). Для сравнения измерены также эрозионные характеристики нержавеющей стали (SS). Скорости эрозии измерялись методом взвешивания на аналитических весах до и после плаз- менной обработки в атмосфере азота и воздуха при температурах 500 – 1000 °С. Показано, что абсолютные величины коэффициентов распыления для обоих видов TiN-покрытий примерно в два-три раза ниже, чем для нержавеющей стали и слабо зависят от температуры. Скорость эрозии TiN-покрытий, осажденных при более низких давлениях (~2⋅10–3 Торр) существенно ниже, чем для покрытий напыленных при более высоких давлениях азота (5⋅10–3 Торр). По- казано, что абсолютные величины скорости эрозии (распыления) в воздушной плазме образцов TiN и SS более чем в два раза ниже значений эрозии для образцов, подвергнутых обработке азотной плазмой. В тоже время скорости газовыделения примесей в вакууме для таких образцов возрастали примерно в два раза. Обсуждаются возможные физические механизмы для объяс- нения такого характера поведения эрозии и газовыделения в вакууме. Ключевые слова: нитрид титана, вакуумно-дуговое покрытие, плазма, распыление, газо- выделение в вакууме. Досліджено процес ерозії TіN покриттів, отриманих вакуумно-дуговим методом з використан- ням різних технологічних прийомів: при подачі високовольтних імпульсів негативної по- лярності на підкладинку та без таких, при різних тисках робочого газу (азоту). Для порівняння віміряні також ерозійні характеристики нержавіючої сталі (SS). Швидкості ерозії вимірялися методом зважування на аналітичних вагах до та після плазмової обробки в атмосфері азоту й повітря при температурах 500 – 1000 °С. Показано, що абсолютні величини коефіцієнтів розпилення для обох видів TiN-покриттів приблизно у два-три рази нижче, ніж для нержавіючої сталі та слабко залежать від температури. Швидкість ерозії TiN-покриттів, осаджених при більш низьких тисках (~2⋅10–3 Торр) істотно нижчі, ніж для покриттів напилених при більш високих тисках азоту (5⋅10–3 Торр). Показано, що абсолютні величини швидкості ерозії (роз- пилення) у повітряній плазмі зразків TіN і SS більш ніж у два рази нижчі значень ерозії для зразків, підданих обробці азотною плазмою. У той же час швидкості газовиділення домішок у вакуумі для таких зразків зростали приблизно у два рази. Обговорюються можливі фізичні механізми для пояснення такого характеру поводження ерозії й газовиділення у вакуумі. Ключові слова: нітрид титану, вакуумно дугове покриття, плазма, розпилення, газовиділення у вакуумі. The process was studied of an erosion of titanium nitride coatings deposited with help of vacuum- arc method using different technological ways: with high voltage negative pulses on substrate and without of the ones, at different pressure of work gas (nitrogen). For comparison the stainless steel erosion characteristics were measured, too. The erosion rates were measured with weight loss method by the weighting before and after exposure in plasma of discharges in nitrogen or air atmosphere at the temperatures of 500 – 1000 °C. It was shown that the absolute values of erosion rates of all kinds of the samples were in about 2 – 3 times lower than that for SS samples and weakly depends on the temperature. The erosion rate of TiN coatings deposited at low work gas pressure (2⋅10–3 Torr) was essentially lower than that for samples produced at more high pressure (5⋅10–3 Torr). It was shown  Г.П. Глазунов, А.А. Андреев, М.Н. Бондаренко, А.Л. Конотопский, В.Е. Моисеенко, В.А. Столбовой, 2011 251ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3 ВВЕДЕНИЕ Поскольку защитные покрытия из нитрида титана используются при изготовлении ряда узлов установок с магнитным удержанием плазмы Ураган-2М и Ураган-3М (ИФП ННЦ ХФТИ, Харьков) необходимо знание их ваку- умно-плазменных характеристик, таких как скорость эрозии при взаимодействии с быс- трыми частицами, газовыделение в вакууме, водородопроницаемость и др. Что касается скорости эрозии, то ранее [1] было установ- лено несомненное преимущество TiN покры- тий перед нержавеющей сталью, скорость распыления которой ионами водорода при- мерно в три раза выше. Однако эти данные получены при комнатной температуре образ- цов. Кроме того, в литературе отсутствуют данные по скорости эрозии TiN покрытий при облучении плазмой разрядов в атмосфере азота и воздуха. В тоже время при эксплуа- тации ряда изделий с покрытиями из TiN (ли- митеры, детали ВЧ антенн и др.), которые ис- пользуют или предполагается использовать в торсатронах Ураган-2М и Ураган-3М, они будут подвергаться воздействию мощных плазменных потоков, в том числе во время чистки разрядами в атмосфере азота и воз- духа. Рабочая температура покрытий в этом случае может быть существенно выше ком- натной. Поэтому представлялось целесооб- разным изучить эрозионное поведение TiN покрытий при высоких температурах при воз- действии плазменных разрядов в азоте и воз- духе. Кроме того, поскольку в последнее вре- мя появилась новая методика нанесения ва- куумно-дуговых TiN покрытий, использую- щая подачу высоковольтных импульсов на по- дложку во время напыления [2, 3], было инте- ресно сравнить эрозионные характеристики покрытий двух типов между собой и с эрози- онными характеристиками нержавеющей стали, а также оценить влияние на них дав- ления рабочего газа во время напыления. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА. РЕЗУЛЬТАТЫ Исследования проводились на установке ДСМ-1 (Диагностический стенд материалов) в режиме работы с разрядами магнетронного типа цилиндрической симметрии [4]. В ка- честве рабочего газа использовались азот или воздух при давлении около 0,2 Па. Типичные параметры разрядов были: магнитное поле в зоне разряда ∼ 0,05T; давление рабочего газа – 0,2 Пa, напряжение разряда 0,4 – 1 кВ, а величина разрядного тока изменялась в пре- делах 60 – 180 мA. При помощи зонда Ленг- мюра измерялись характеристики на краю плазменного шнура – электронная темпера- тура (∼ 6⋅103 К), электронная плотность (≈4·109 см-3), потенциал (≈6 В). Образцы пред- ставляли собой полоски, изготовленные из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, размером 200×10×0,3мм, на которые с обеих сторон ва- куумно-дуговым методом наносилось покры- тие из нитрида титана толщиной 15 – 20 мкм. Было изготовлено четыре партии образцов: 1 – TiN покрытия осаждали при давлении азо- та 2⋅10–3 Торр, с подачей высоковольтных им- пульсов на подложку; 2 – покрытия наносили при том же давлении, но без подачи импуль- сов на подложку; 3 – TiN покрытия осаждали при давлении азота 5⋅10–3 Торр с подачей высоковольтных импульсов на подложку и 4 – покрытия наносили при том же давлении 5⋅10–3 Торр, но без подачи импульсов на под- ложку. Измеряемой характеристикой был коэф- фициент распыления α (атом/ион) или, если его выразить в единицах г/с.см2·, скорость эрозии. Перед измерением образцы отжига- лись в специальной вакуумной камере при давлении 5⋅10–7 Торр, а затем крепились в ка- честве катода в установке ДСМ-1. Темпера- тура образца во время облучения определя- лась величиной ионного тока и составляла 500 – 1100 °C. Коэффициент распыления из- that the absolute values of erosion rate of the samples (both TiN and SS) exposed in air plasmas were in about two times lower than that for the ones exposed to nitrogen plasmas. At the same time the impurity outgassing in vacuum from such samples increased in about two times in compare with the samples treated with nitrogen plasma. The possible physical mechanisms are discussed to explain such character of the erosion and outgassing behavior. Keywords: titanium nitride, vacuum-arc coating, plasma, sputtering, outgassing in vacuum. Г.П. ГЛАЗУНОВ, А.А. АНДРЕЕВ, М.Н. БОНДАРЕНКО, А.Л. КОНОТОПСКИЙ, В.Е. МОИСЕЕНКО, В.А. СТОЛБОВОЙ 252 мерялся методом взвешивания на аналити- ческих весах ВЛР-200 до и после плазменной обработки образцов в стационарных разрядах магнетронного типа и рассчитывался по урав- нению [5]: α = (p1 – p2)/6,25⋅1018⋅0,8⋅I⋅t⋅m, где р1 и р2 – вес образца до и после облучения (г), I – ионный ток (А), t – время обработки (сек), m – средняя масса атома материала като- да (г). На рис. 1 приведены зависимости коэф- фициента распыления (атом/ион) плазмой разрядов в азоте от величины тока разряда (температуры) для TiN покрытий, осажден- ных при разных давлениях азота, и нержа- веющей стали. На рис. 2 показана зависи- мость коэффициента распыления нержавею- щей стали и TiN плазмой стационарных раз- рядов в атмосфере воздуха. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Из рис. 1 видно, что абсолютная величина скорости эрозии для образцов с покрытием из нитрида титана при высоких температурах также существенно ниже, чем у нержавею- щей стали без покрытия, как это наблюда- лось ранее [1] при комнатной температуре. Причем, это справедливо для образцов с TiN покрытиями, осажденными по разным тех- нологиям: в режиме с подачей высоково- льтных импульсов и без таковых. Такое су- щественное снижение эрозии нитрида тита- на по сравнению с нержавеющей сталью или титаном может быть связано с эффектом пре- имущественного распыления более легкой компоненты, а именно, азота. Так, например, в работах [6, 7, 8] наблюдалось существенное снижение распыления углерода, лития и во- льфрама после насыщения их водородом до высоких концентраций. Эффект снижения скорости эрозии объяснялся селективным распылением более легкой компоненты. Если это так, то повышение концентрации азота в покрытии должно приводить к снижению скорости эрозии. Действительно, проведен- ные раннее измерения десорбции азота из TiN покрытий показали, что в покрытиях, осажденных по технологии с подачей высо- ковольтных импульсов, находится больше сильно связанного азота, чем в покрытиях нанесенных по традиционной технологии [9]. Как видно из рис. 1 эрозия таких покры- тий несколько ниже, чем у покрытий нане- сенных без подачи высоковольтных импуль- сов на подложку. Однако более сильное влия- ние на интенсивность распыления TiN ока- зывает давление азота, при котором прово- дится осаждение пленок. Эрозия пленок полученных при давлении азота 2⋅10–3 Торр на ∼ 30% ниже, чем для покрытий осажден- ных при давлении 5⋅10–3 Торр. Скорее всего это связано с ростом плотности потока свя- занных в покрытии атомов азота, что на- блюдалось в этом диапазоне давлений в работе [10]. В исследованном интервале температур 500 – 1000 °С коэффициент распыления выраженный в единицах (атом/ион) слабо зависит от температуры образца, что согла- суется с полученными раннее данными по распылению вакуумно-дуговых покрытий вольфрама [4]. Это объясняется высокими температурами плавления исследуемых мате- Рис. 1. Зависимости коэффициента распыления TiN и нержавеющей стали от тока разряда в азоте. Рис. 2. Коэффициент распыления (ат./ион) TiN покры- тий и нержавеющей стали в зависимости от тока разря- да в атмосфере воздуха. ЭРОЗИЯ ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ TiN ПОКРЫТИЙ И НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛАЗМЫ ... ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3 253ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3 риалов. Однако, если измеренные данные представить в виде скорости эрозии в (г/с⋅см2), то последняя пропорционально рас- тет с током разряда. Из рис. 2, видно, что абсолютная величи- на эрозии в плазме воздуха, как для образцов с покрытием из нитрида титана, так и для нержавеющей стали, существенно (пример- но в три раза) ниже, чем при распылении этих же материалов в азотной плазме. Учиты- вая, что атомная масса кислорода, основной добавки к азоту в воздухе, выше, чем у азота (16 а.ем. и 14 а.е.м., соответственно), а также присутствие ионов аргона (40 а.е.м.) и угле- рода, можно было предполагать, что скорость эрозии в плазме воздуха будет выше, чем в азоте. Тем более, что кислород более хими- чески активен по отношению к нержавею- щей стали, чем азот. Именно последним фак- том можно объяснить необычное поведение скорости эрозии в плазме воздуха. Действи- тельно, если скорость эрозии меньше, чем скорость образования окислов и карбидов (коэффициент их распыления обычно мало отличается от такового для исходного метал- ла), то поверхность покрывается сплошной пленкой из этих материалов, что и приводит к наблюдаемому снижению скорости эрозии за счет химического связывания активных газов (кислорода, СО2, Н2О) при плазменной обработке и их сорбции из воздуха. Экспе- риментально установлено, что цвет поверх- ности образцов нержавеющей стали изме- няется очень сильно: от темно-серого после облучения при 500 – 600 °С до черного при температурах 800 – 1000 °С. Цвет поверх- ности TiN-покрытий меняется слабее и ста- новится заметным (светло-коричневый вмес- то оранжевого) при облучении воздушной плазмой при температурах образца 800 – 1000 °С. Изменение цвета поверхности ско- рее всего обусловлено образованием окислов и карбидов, что наблюдалось раннее для TiN- покрытий облученных плазмой в торсатроне Ураган-3М [11]. Скорость эрозии, однако, не определяет качество процесса чистки стенок. Это харак- теризуется обычно такой характеристикой материала, как газовыделение в вакууме. Поэтому были проведены исследования влияния обработки плазмой воздуха на эту характеристику образцов из SS и TiN. Ис- следования проводились по методике изло- женной в работе [9] и их результаты будут приведены в отдельном сообщении. Здесь же отметим, что, как видно из масс-спектров по- казанных на рис. 3, обработка плазмой воз- духа образцов TiN и нержавеющей стали 12Х18Н10Т, приводит к резкому снижению выделения водорода (рис. 3б, г). Но скорости а) б) в) г) Рис. 3. Масс-спектры газовыделения в вакууме образцов нержавеющей стали и TiN при Т = 800 °С: исходных – (а) –SS, в) – TiN) и после плазменной обработки в воздухе – (б) – SS, г) – TiN). Г.П. ГЛАЗУНОВ, А.А. АНДРЕЕВ, М.Н. БОНДАРЕНКО, А.Л. КОНОТОПСКИЙ, В.Е. МОИСЕЕНКО, В.А. СТОЛБОВОЙ 254 газовыделения других примесей возрастали при этом примерно в два раза. Отметим так- же необычно высокий пик углерода (12 а.е.м., рис. 3г), наблюдавшийся при нагреве обра- ботанного в плазме воздуха покрытия TiN. Кратковременный прогрев в вакууме при температуре 800 °С приводил к снижению газовыделения в вакууме до значений ха- рактерных для исходных образцов. Это сви- детельствует о том, что пленка на поверхно- сти нержавеющей стали достаточно тонкая и легко обезгаживается. По нашим оценкам ее толщина, для случая SS образцов после дозы облучения в плазме воздуха ∼ 3⋅1021 см–2 составляет всего 0,05 – 0,06 мкм. Тем не ме- нее, сам факт поглощения пленкой значите- льных количеств газа, ставит под сомнение целесообразность процедуры чистки стенок камеры торсатрона Ураган-2М ВЧ разряда- ми в атмосфере воздуха. ВЫВОДЫ При обработке поверхности покрытий из ни- трида титана плазмой стационарных разря- дов магнетронного типа в азоте и воздухе при температурах 500 – 1000 °С абсолютные ве- личины коэффициентов распыления для обоих видов TiN-покрытий примерно в два- три раза ниже, чем для нержавеющей стали и слабо зависят от температуры. Скорость эрозии TiN покрытий, осажденных при более низких давлениях (∼ 2⋅10–3 Торр) существенно ниже, чем для покрытий напыленных при более высоких давлениях азота (5⋅10–3 Торр), что может быть обусловлено большей плот- ностью связанного в покрытии азота. Скоро- сти эрозии (распыления) в воздушной плазме образцов TiN и нержавеющей стали более чем в два раза ниже значений эрозии для об- разцов, подвергнутых обработке азотной плазмой. Скорее всего это обусловлено химическим связыванием активных газов (кислорода, СО2, Н2О) при плазменной об- работке и их сорбцией из воздуха пленкой, образующейся на модифицированной по- верхности. Отчасти это подтверждается ре- зультатами измерения газовыделения в ваку- уме, которые показывают рост примерно в два раза газовыделения облученных воздуш- ной плазмой образцов по сравнению с необ- лученными и быстрое прекращение газо- выделения после кратковременного про- грева. ЛИТЕРАТУРА 1. Vasil’ev V.V., Vojtsenua V.S., Volkov E.D., et. al. Reduction of the metal impurity flux to Ura- gan-3M torsatron plasma by the use of RF TiN-coated antennas//J. Nucl. Mater. – 1989. – Vol. 162-164. – P. 787-790. 2. Perry A.J., Treglio J.R., Tian A.F. Low-tempe- rature deposision of titanium nitride//Surface and Coatings Technology. – 1995. – Vol. 76-77. – P. 815-820. 3. Андреев А.А., Шулаев В.М., Горбань В.Ф. и др. Получение сверхтвердых вакуумно-дуго- вых покрытий//Физическая инженерия по- верхности. – 2006. – T. 4, № 3-4. – С. 179-183. 4. Glazunov G.P., Bondarenko M.N., Konotops- kiy A.L., et al. Erosion behavior of tungsten coa- tings in magnetron type discharges with hot ca- thode//Problems of Atomic Science and Tech- nology. Series “Plasma Physics” (14 ). – 2008. – No. 6.– P. 107-109. 5. Glazunov G.P., Volkov E.D., Baron D.I., et al. Effect of low/high hydrogen recycling operation on palladium sputtering under steady state plas- ma impact//Physica Scripta. – 2003. – Vol. 103. – P. 89-92. 6. Salonen E., Nordlund K., Tarus J., et al. Sup- pression of carbon erosion by hydrogen shielding during high –flux hydrogen bombardment//Phy- sical Review B. – 1999. –Vol. 60, No. 20. – P. 4005-4008. 7. Allain J.P., Rusic D.N. Measurement and mo- deling of solid phase lithium sputtering//Nuclear Fusion. – Vol. 42. – P. 202-210. 8. Glazunov G.P., Andreev A.A., Baron D.I., et al. Hydrogen saturation influence on erosion beha- vior of thin tungsten films under steady state nit- rogen plasma impact//Problems of Atomic Scin- ce and Technology Series “Plasma Physics”. – 2005. – Vol. 11, No. 2. – P. 107-109. 9. Глазунов Г.П., Андреев А.А., Барон Д.И., и др. Влияние способа нанесения вакуумно- дуговых TiN покрытий на их газовыделение в вакууме при высоких температурах//Физи- ческая инженерия поверхности. – 2009. – T. 7, № 4. – C. 341-346. 10. Андреев А.А., Саблев Л.П., Шулаев В.М., Григорьев С.Н. Вакуумно-дуговые устройст- ва и покрытия. –Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. – 240 с. ЭРОЗИЯ ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ TiN ПОКРЫТИЙ И НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛАЗМЫ ... ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3 255ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3 11. Glazunov G.P., Volkov E.D., Janik-Czachor M., et al. The behaviour of TiN-coatings of the Ura- gan-3M torsatron shield under hydrogen plasma irradiation//J. of Technical Physics, Special Sup- plement. Warszawa. – 1999. – Vol. 40, No. 1. – P. 461-464. LITERATURA 1. Vasil’ev V.V., Vojtsenua V.S., Volkov E.D., et. al. Reduction of the metal impurity flux to Uragan-3M torsatron plasma by the use of RF TiN-coated antennas//J. Nucl. Mater. – 1989. – Vol. 162-164. – P. 787-790. 2. Perry A.J., Treglio J.R., Tian A.F. Low-tempe- rature deposision of titanium nitride//Surface and Coatings Technology. – 1995. – Vol. 76-77. – P. 815-820. 3. Andreev A.A., Shulaev V.M., Gorban’ V.F. i dr. Poluchenie sverhtverdyh vakuumno-dugovyh pokrytij//Fizicheskaja inzhenerija poverhnosti. – 2006. – T. 4, № 3-4. – S. 179-183. 4. Glazunov G.P., Bondarenko M.N., Konotops- kiy A.L., et al. Erosion behavior of tungsten coa- tings in magnetron type discharges with hot ca- thode//Problems of Atomic Science and Tech- nology. Series “Plasma Physics” (14 ). – 2008. – No. 6.– P. 107-109. 5. Glazunov G.P., Volkov E.D., Baron D.I., et al. Effect of low/high hydrogen recycling operation on palladium sputtering under steady state plas- ma impact//Physica Scripta. – 2003. – Vol. 103. – P. 89-92. Г.П. ГЛАЗУНОВ, А.А. АНДРЕЕВ, М.Н. БОНДАРЕНКО, А.Л. КОНОТОПСКИЙ, В.Е. МОИСЕЕНКО, В.А. СТОЛБОВОЙ 6. Salonen E., Nordlund K., Tarus J., et al. Sup- pression of carbon erosion by hydrogen shielding during high – flux hydrogen bombardment// Physical Review B. – 1999. – Vol. 60, No. 20. – P. 4005-4008. 7. Allain J.P., Rusic D.N. Measurement and mo- deling of solid phase lithium sputtering//Nuclear Fusion. – Vol. 42. – P. 202-210. 8. Glazunov G.P., Andreev A.A., Baron D.I., et al. Hydrogen saturation influence on erosion beha- vior of thin tungsten films under steady state nit- rogen plasma impact//Problems of Atomic Scin- ce and Technology Series “Plasma Physics”. – 2005. – Vol. 11, No. 2. – P. 107-109. 9. Glazunov G.P., Andreev A.A., Baron D.I., i dr. Vlijanie sposoba nanesenija vakuumno-dugovyh TiN pokrytij na ih gazovydelenie v vakuume pri vysokih temperaturah//Fizicheskaja inzhenerija poverhnosti. – 2009. – T. 7, № 4. – C. 341-346. 10. Andreev A.A., Sablev L.P., Shulaev V.M., Gri- gor’ev S.N. Vakuumno-dugovye ustrojstva i pok- rytija. – Har’kov: NNC HFTI, 2005. – 240 s. 11. Glazunov G.P., Volkov E.D., Janik-Czachor M., et al. The behaviour of TiN-coatings of the Uragan-3M torsatron shield under hydrogen plasma irradiation//J. of Technical Physics, Spe- cial Supplement. Warszawa. – 1999. – Vol. 40, No. 1. – P. 461-464.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76899
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-8074
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:38:59Z
publishDate	2011
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Глазунов, Г.П. Андреев, А.А. Бондаренко, М.Н. Конотопский, А.Л. Моисеенко, В.Е. Столбовой, В.А. 2015-02-13T06:47:16Z 2015-02-13T06:47:16Z 2011 Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа / Г.П. Глазунов, А.А. Андреев, М.Н. Бондаренко, А.Л. Конотопский, В.Е. Моисеенко, В.А. Столбовой // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 250–255. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76899 621.385; 533.15 Исследован процесс эрозии TiN покрытий, полученных вакуумно-дуговым методом с использованием разных технологических приемов: при подаче высоковольтных импульсов отрицательной полярности на подложку и без таковых, при различных давлениях рабочего газа (азота). Для сравнения измерены также эрозионные характеристики нержавеющей стали (SS). Скорости эрозии измерялись методом взвешивания на аналитических весах до и после плазменной обработки в атмосфере азота и воздуха при температурах 500 – 1000 °С. Показано, что абсолютные величины коэффициентов распыления для обоих видов TiN-покрытий примерно в два-три раза ниже, чем для нержавеющей стали и слабо зависят от температуры. Скорость эрозии TiN-покрытий, осажденных при более низких давлениях (~2⋅10⁻³ Торр) существенно ниже, чем для покрытий напыленных при более высоких давлениях азота (5⋅10⁻³ Торр). Показано, что абсолютные величины скорости эрозии (распыления) в воздушной плазме образцов TiN и SS более чем в два раза ниже значений эрозии для образцов, подвергнутых обработке азотной плазмой. В тоже время скорости газовыделения примесей в вакууме для таких образцов возрастали примерно в два раза. Обсуждаются возможные физические механизмы для объяснения такого характера поведения эрозии и газовыделения в вакууме. Досліджено процес ерозії TіN покриттів, отриманих вакуумно-дуговим методом з використанням різних технологічних прийомів: при подачі високовольтних імпульсів негативної полярності на підкладинку та без таких, при різних тисках робочого газу (азоту). Для порівняння віміряні також ерозійні характеристики нержавіючої сталі (SS). Швидкості ерозії вимірялися методом зважування на аналітичних вагах до та після плазмової обробки в атмосфері азоту й повітря при температурах 500 – 1000 °С. Показано, що абсолютні величини коефіцієнтів розпилення для обох видів TiN-покриттів приблизно у два-три рази нижче, ніж для нержавіючої сталі та слабко залежать від температури. Швидкість ерозії TiN-покриттів, осаджених при більш низьких тисках (~2⋅10⁻³ Торр) істотно нижчі, ніж для покриттів напилених при більш високих тисках азоту (5⋅10⁻³ Торр). Показано, що абсолютні величини швидкості ерозії (розпилення) у повітряній плазмі зразків TіN і SS більш ніж у два рази нижчі значень ерозії для зразків, підданих обробці азотною плазмою. У той же час швидкості газовиділення домішок у вакуумі для таких зразків зростали приблизно у два рази. Обговорюються можливі фізичні механізми для пояснення такого характеру поводження ерозії й газовиділення у вакуумі. The process was studied of an erosion of titanium nitride coatings deposited with help of vacuumarc method using different technological ways: with high voltage negative pulses on substrate and without of the ones, at different pressure of work gas (nitrogen). For comparison the stainless steel erosion characteristics were measured, too. The erosion rates were measured with weight loss method by the weighting before and after exposure in plasma of discharges in nitrogen or air atmosphere at the temperatures of 500 – 1000 °C. It was shown that the absolute values of erosion rates of all kinds of the samples were in about 2 – 3 times lower than that for SS samples and weakly depends on the temperature. The erosion rate of TiN coatings deposited at low work gas pressure (2⋅10⁻³ Torr) was essentially lower than that for samples produced at more high pressure (5⋅10⁻³ Torr). It was shown that the absolute values of erosion rate of the samples (both TiN and SS) exposed in air plasmas were in about two times lower than that for the ones exposed to nitrogen plasmas. At the same time the impurity outgassing in vacuum from such samples increased in about two times in compare with the samples treated with nitrogen plasma. The possible physical mechanisms are discussed to explain such character of the erosion and outgassing behavior. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа Article published earlier
spellingShingle	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа Глазунов, Г.П. Андреев, А.А. Бондаренко, М.Н. Конотопский, А.Л. Моисеенко, В.Е. Столбовой, В.А.
title	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа
title_full	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа
title_fullStr	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа
title_full_unstemmed	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа
title_short	Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа
title_sort	эрозия вакуумно-дуговых tin покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76899
work_keys_str_mv	AT glazunovgp éroziâvakuumnodugovyhtinpokrytiiineržaveûŝeistaliprivozdeistviistacionarnoiplazmyrazrâdovmagnetronnogotipa AT andreevaa éroziâvakuumnodugovyhtinpokrytiiineržaveûŝeistaliprivozdeistviistacionarnoiplazmyrazrâdovmagnetronnogotipa AT bondarenkomn éroziâvakuumnodugovyhtinpokrytiiineržaveûŝeistaliprivozdeistviistacionarnoiplazmyrazrâdovmagnetronnogotipa AT konotopskiial éroziâvakuumnodugovyhtinpokrytiiineržaveûŝeistaliprivozdeistviistacionarnoiplazmyrazrâdovmagnetronnogotipa AT moiseenkove éroziâvakuumnodugovyhtinpokrytiiineržaveûŝeistaliprivozdeistviistacionarnoiplazmyrazrâdovmagnetronnogotipa AT stolbovoiva éroziâvakuumnodugovyhtinpokrytiiineržaveûŝeistaliprivozdeistviistacionarnoiplazmyrazrâdovmagnetronnogotipa

Эрозия вакуумно-дуговых TiN покрытий и нержавеющей стали при воздействии стационарной плазмы разрядов магнетронного типа

Репозитарії

Схожі ресурси