Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота
Исследован фазовый состав нанокристаллических нитридных покрытий, полученных вакуумно-дуговым
 осаждением молибдена в присутствии азота. Обнаружено, что вакуумно-дуговое осаждение высокочистого
 молибдена в присутствии азота при давлении в диапазоне 0,14…0,18 Па приводит к образова...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90788 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота / В.М. Шулаев , О.В. Соболь , А.А. Андреев , И.М. Неклюдов , В.А. Столбовой // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 262-267. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860014867370475520 |
|---|---|
| author | Шулаев, В.М. Соболь, О.В. Андреев, А.А. Неклюдов, И.М. Столбовой, В.А. |
| author_facet | Шулаев, В.М. Соболь, О.В. Андреев, А.А. Неклюдов, И.М. Столбовой, В.А. |
| citation_txt | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота / В.М. Шулаев , О.В. Соболь , А.А. Андреев , И.М. Неклюдов , В.А. Столбовой // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 262-267. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Исследован фазовый состав нанокристаллических нитридных покрытий, полученных вакуумно-дуговым
осаждением молибдена в присутствии азота. Обнаружено, что вакуумно-дуговое осаждение высокочистого
молибдена в присутствии азота при давлении в диапазоне 0,14…0,18 Па приводит к образованию покрытий
нитрида молибдена состава Mo₂N двух модификаций, идентичных продуктам взаимодействия молибдена с
азотом согласно равновесной фазовой диаграмме состояния. Наряду с высокотемпературной γ-Mo₂N фазой с
кубической решеткой выявляется низкотемпературная фаза β-Mo₂N—с тетрагональной решеткой,
содержание которой растет с увеличением скорости осаждения. Постоянный и импульсный потенциал
смещения, приложенный к подложке, скорость осаждения в процессе синтеза также влияют на
количественное соотношение этих фаз. После отжига при температуре 800 °С в течение двух часов
покрытия оставались двухфазными. Использование относительно низкой скорости осаждения 3,5 мкм/ч
приводит к формированию двухфазных конденсатов, состоящих из γ- и β-Mо₂N—фаз, не имеющих или
имеющих слабо выраженную преимущественную ориентацию кристаллитов. В покрытиях, формируемых
при большей скорости осаждения 7,0 мкм/ч, происходит образование аксиальной текстуры кристаллитов,
тип которой определяется условиями синтеза (рабочим давлением, типом и величиной потенциала,
подаваемого на подложку при осаждении).
Досліджено фазовий склад нанокристалічних нітридних покриттів, отриманих вакуумно-дуговим
осадженням молібдену в присутності азоту при тиску в діапазоні 0,14…0,18 Па призводить до утворення
покриттів нітриду молібдену складу Mo₂N двох модифікацій, ідентичних продуктам взаємодії молібдену з
азотом згідно рівновісній фазовій діаграмі стану. Поряд з високотемпературною γ-Mo₂N-фазою з кубічною
решіткою виявляється низькотемпературна фаза β-Mo₂N з тетрагональною решіткою, склад якої зростає зі
збільшенням швидкості осадження. Постійний і імпульсний потенціал зміщення, прикладений до підложки,
швидкість осадження під час процесу синтезу також впливають на кількісне співвідношення цих фаз. Після
відпалу при температурі 800 °С протягом двох годин покриття залишались двофазними. Використання
відносно низької скорості осадження 3,5 мкм/год приводить до формування двофазних конденсаторів, які
складаються з γ- и β-Mо₂N-фаз, не маючих або маючих слабко виражену переважну орієнтацію кристалітів.
В покриттях, формованих при більшій швидкості осадження 7,0 мкм/год, відбувається утворення аксіальної
текстури кристалітів, тип якої визначається умовами синтезу (робочим тиском, типом і величиною
потенціалу, подаваємого на підложку при осадженні).
The phase content of nano-crystal nitride coatings obtained by means of vacuum-arc deposition of molybdenum
in nitrogen environment has been investigated. It has been found that vacuum-arc deposition of high purity
molybdenum under nitrogen pressure range 0,14…0,18 Pa leads to formation of molybdenum nitride coatings
having composition Mo₂N of two modifications. These two are identical to products of molybdenum-nitrogen
interactions according equilibrium phase diagram. Along with high-temperature γ -characterized by cubic lattice the
low-temperature phase β -Mo₂N with tetragonal one has been revealed. The quantity of the last increases with
increase of the deposition rate. Direct and pulse substrate bias also influence the quantitative relation of these
phases. Two hours annealing at 800 °C leaves the coatings to be two-phased. Application of relatively low
deposition rate (3,5 μm/hour) leads to two-phased (γ - and β -Mo₂N)condensates formation without or weak
crystallites orientation. The coatings obtained at higher rates (7.0 μm/hour) demonstrate formation of axial
crystallite texture. Type of this texture is determined by synthesis conditions (deposition pressure, type and value of
substrate bias) .
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:44:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.793.7
ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЯХ СОСТАВА Mo2N, ПОЛУЧЕННЫХ
ВАКУУМНО–ДУГОВЫМ ОСАЖДЕНИЕМ МОЛИБДЕНА
В ПРИСУТСТВИИ АЗОТА
В.М. Шулаев1, О.В. Соболь2, А.А. Андреев1, И.М. Неклюдов1, В.А. Столбовой1
1Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
Е-mail: v.shulayev@kipt.kharkov.ua, aandreev@kipt.kharkov.ua;
2Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина
Е-mail: sool@kpi.kharkov.uа
Исследован фазовый состав нанокристаллических нитридных покрытий, полученных вакуумно-дуговым
осаждением молибдена в присутствии азота. Обнаружено, что вакуумно-дуговое осаждение высокочистого
молибдена в присутствии азота при давлении в диапазоне 0,14…0,18 Па приводит к образованию покрытий
нитрида молибдена состава Mo2N двух модификаций, идентичных продуктам взаимодействия молибдена с
азотом согласно равновесной фазовой диаграмме состояния. Наряду с высокотемпературной γ-Mo2N фазой с
кубической решеткой выявляется низкотемпературная фаза β-Mo2N—с тетрагональной решеткой,
содержание которой растет с увеличением скорости осаждения. Постоянный и импульсный потенциал
смещения, приложенный к подложке, скорость осаждения в процессе синтеза также влияют на
количественное соотношение этих фаз. После отжига при температуре 800 °С в течение двух часов
покрытия оставались двухфазными. Использование относительно низкой скорости осаждения 3,5 мкм/ч
приводит к формированию двухфазных конденсатов, состоящих из γ- и β-Mо2N—фаз, не имеющих или
имеющих слабо выраженную преимущественную ориентацию кристаллитов. В покрытиях, формируемых
при большей скорости осаждения 7,0 мкм/ч, происходит образование аксиальной текстуры кристаллитов,
тип которой определяется условиями синтеза (рабочим давлением, типом и величиной потенциала,
подаваемого на подложку при осаждении).
1. ВВЕДЕНИЕ
За последние годы опубликован целый ряд
работ, посвященных исследованию различных
свойств нанокристаллических покрытий нитрида
молибдена: износостойкости, каталитической
активности, сверхпроводимости, а также
исследованию диффузионно-барьерных свойств.
Обзор этих исследований дан в работе [1]. Однако
одно уникальное свойство этих покрытий выделяет
их в материал особого класса. Нанокристаллические
покрытия нитрида молибдена могут иметь высокую
и сверхвысокую твердость. Эти покрытия имеют
низкую растворимость в нитридной фазе цветных
металлов, таких как медь. Это обстоятельство
выдвигает нанокристаллический нитрид молибдена
как превосходного кандидата для нанесения
упрочняющих покрытий на формующий
инструмент, применяемый для обработки цветных
металлов и сплавов [2]. Высокая растворимость
молибдена в сталях [3] обеспечивает высокую
адгезию нанокристаллического нитрида молибдена
как функционального покрытия к поверхности
формующего инструмента. Таким образом, высокие
механические характеристики и хорошая адгезия к
формующему инструменту, а также химическая
инертность по отношению к цветным металлам
делают нанокристаллические покрытия из нитрида
молибдена особо привлекательными для
промышленных предприятий по обработке цветных
металлов.
Наиболее приемлемым технологическим
методом из всех ныне существующих способов
синтеза нанокристаллических покрытий из нитрида
молибдена является вакуумно-дуговое осаждение
[4]. В электродуговом разряде молибден,
являющийся материалом катода преобразуется в
потоки компонент высокоионизированной
низкотемпературной плазмы. Образование
покрытия происходит в процессе осаждения на
подложку (поверхность обрабатываемого
инструмента) нейтральных, возбужденных и
заряженных частиц молибдена. Это обеспечивает
высокую химическую активность осаждаемого
молибдена в присутствии газообразного азота,
который находится в активированном состоянии [5].
Как следствие, нанокристаллические покрытия из
нитрида молибдена имеют высокую адгезию к
железосодержащим материалам.
Однако синтез нанокристаллических покрытий
нитрида молибдена, обладающего высокой
твердостью, связан с рядом проблем. Отметим
основные.
Во-первых, в системе молибден-азот образуется
несколько нитридных фаз [6], которые различаются
между собой по физико-механическим свойствам.
Кроме того, хорошо известно, что процесс синтеза
продуктов реакции молибдена с азотом в пленках и
покрытиях может приводить к фазообразованию,
262
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (18), с. 262-267.
mailto:aandreev@kipt.kharkov.ua
mailto:sool@kpi.kharkov.u%D0%B0
несовпадающему с ожидаемым по равновесным
фазовым диаграммам и наблюдаемым в массивных
образцах [7]. Устойчивость образующихся
нитридных фаз определяется малейшими примесями
посторонних элементов, особенно элементов
внедрения (углерод, кислород, водород) [8].
Важным фактором является то обстоятельство, что
процесс синтеза при вакуумно-дуговом осаждении
протекает в условиях, крайне далеких от
термодинамического равновесия [9]. Хотя уже
исследовались интервалы давлений азота [10, 11],
обеспечивающие синтез монофазных покрытий, но
однозначно установленные режимы синтеза не
определены. Главным образом это относится к
установлению области существования нитридной
фазы γ-Mo2N в покрытиях, получаемых из
вакуумно-дугового разряда. При этом не выяснено
на сегодняшний день влияние чистоты материала
катода на синтез продуктов взаимодействия
молибдена с азотом в условиях вакуумно-дугового
осаждения.
Во-вторых, фазообразование в
нанокристаллических покрытиях системы
молибден-азот является многофакторным процессом
и в значительной степени определяется параметрами
процесса осаждения плазменного потока (давлением
реакционного газа, скоростью осаждения покрытий,
фоновым давлением остаточных газов, потенциалом
смещения подложки и др.) [12].
Цель данной работы – исследование фазового
состава нанокристаллических покрытий нитрида
молибдена состава Mo2N, полученных из вакуумно-
дугового разряда с постоянным и импульсным
потенциалом смещения, приложенного к подложке,
в зависимости от давления азота и скорости
осаждения.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для получения образцов использовалась
серийная вакуумно-дуговая установка «Булат-6»
[13]. Испаряемый материал – молибден высокой
чистоты марки МЧВП. Параметры осаждения: ток
дуги (Iд) 105 и 160 А, потенциал подложки (Uпп) -40
и -200 В, давление азота в процессе осаждения (PN)
0,14…0,18 Па, скорость осаждения (V) составляла
3,5 и 7 мкм/ч. Полированные подложки из
нержавеющей стали 12Х18Н9Т с размерами
20х20х3 мм и медной фольги толщиной 0,2 мм
предварительно промывали щелочным раствором в
ультразвуковой ванне и затем нефрасом С2-80/120.
После откачки вакуумной камеры до давления
10-3 Па на подложки подавали отрицательный
потенциал смещения 1000 В и при токе дуги 100 А,
в результате чего производилась очистка и
активация их поверхности бомбардировкой ионами
молибдена в течение 3…4 мин. В ряде случаев на
подложку в процессе осаждения наряду с
постоянным потенциалом смещения подавались
импульсы отрицательного потенциала амплитудой 2
кВ, длительностью 10 мкс и частотой следования 7
кГц. Условия осаждения покрытий состава Mo2N
представлены в таблице.
Образец,
номер
Iд,
A
Uпп,
В
V,
мкм/ч
PN,
Па
Толщина,
мкм
1 105 40 3.5 0,18 3,5
2 105 40 3.5 0,14 7
3 160 40 7 0,14 7
4 160 200 7 0,18 7
5 160 200 7 0,18 7
Фрактограммы покрытий, подвергнутых
разрушению изгибом с высокой скоростью при
комнатной температуре, получали в растровом
электронном микроскопе JEOL JSM-840.
Рентгенодифракционные исследования
проводились на дифрактометре ДРОН-3 в Cu-Kα-
излучении при поточечном режиме съемки с шагом
0,1...0,05 град при съемке в геометрии θ-2θ.
Обработка полученных данных осуществлялась при
использовании стандартных методик
рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов
[14]. Этим же методом велся контроль
наноструктурных характеристик покрытий. Все
исследованные покрытия имели
нанокристаллическую структуру со степенью
дисперсности областей когерентного рассеивания в
диапазоне от 9 до 15 нм.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение фрактограмм хрупких изломов
покрытий, осажденных на медные положки
показало, что при всех исследованных в работе
интервалах давления азота, скоростей осаждения и
потенциалов смещения формируются беспористые
плотные покрытия с волокнистой структурой. При
этом наблюдалось подавление захвата
«макрочастиц» молибдена растущим нитридным
покрытием. Их содержание в покрытиях не
выявлялось ни при исследовании морфологии
поверхности, ни на рентгенодифракционных
спектрах. Типичный микрорельеф хрупкого излома
покрытий приведен на рис. 1,а и более
детализированное изображение - на рис. 1,б (этот же
образец с большим увеличением). Поверхность
излома покрытия указана стрелкой.
Аанализ результатов рентгенодифракционных
исследований свидетельствует о том, что в
исследуемых образцах изменение положения,
формы и ширины дифракционных кривых связано
только с фазовыми превращениями в системе Mo-N.
Положение первого пика кривой при съемке в
Cu-Kα-излучении находится в интервале углов
дифракции 2θ = 36,8…37,0 град. Дифракционный
пик имеет достаточно большую ширину,
составляющую для разных образцов 0,7...1,0 град,
что превышает ширину второй линии. Такой эффект
можно объяснить только составным профилем пика,
как результирующим при наложении двух пиков от
разных фаз. В случае образца № 1 (рис. 2)
дифракционные пики от плоскостей решетки двух
фаз разделяются явно для пиков, расположенных на
больших углах дифракции 42...43 и 74...74,5 град.
263
а
б
Рис. 1. Фрактограмма излома при различных
увеличениях от покрытия состава Mо2N,
осажденного на медную подложку. Поверхность
излома указана стрелкой. Покрытие получено
испарением молибденового катода в среде азота.
Iд = 160 А, Uпп = - 200 В, РN = 0,18 Па
Рис. 2. Участок дифракционного спектра
с наложением пиков от двух фаз в образце №1
В сравнении с данными для порошковых
нетекстурированных фаз [JCPDS 25-1368, JCPDS
25-1366, JCPDS 25-1367] пики на углах
74...74,5 град имеют сильно увеличенную
интенсивность, т.е. являются отражениями от
плоскости преимущественного роста (текстуры).
Отметим, что текстура, образующаяся в процессе
синтеза покрытий, сохраняется и после отжига в
вакууме при температуре 800 °С в течение 2 ч.
Дифракционными пиками, соответствующими
угловому диапазону 42...43 град, являются
отражения от плоскости (200) β-Mo2N–фазы c
тетрагональной решеткой (низкотемпературная
фаза) и (200) γ-Mo2N c кубической (типа NaCl)
решеткой (высокотемпературная фаза), а диапазону
74...74,5 град соответствует (312) β-Mo2N и (311) γ-
Mo2N. В интервале 36,8…37,0 град могут
накладываться отражения от плоскостей (112) β-
Mo2N и (111) γ-Mo2N.
Обобщая полученные результаты по форме
дифракционных линий и их ширине, можно сделать
вывод о присутствии во всех образцах конденсатов
как тетрагональной, так и кубической модификаций
Mo2N, однако в разном процентном соотношении и
с разной плоскостью преимущественной ориентации
кристаллитов. Так в случае режимов получения
образца № 1 соотношение Mo2N с тетрагональной и
кубической решетками близко к 1:1. В случае
подачи высоковольтных импульсов (образец № 2,
рис. 3) содержание кубической фазы уменьшается и
не превышает 10 об. %.
Из характерных для поликристаллической β-
Mo2N–фазы в угловом диапазоне дифракции 2θ =
30…100 град 10 дифракционных пиков для образца
№ 3 мы имеем только два дифракционных пика и
три пика для покрытий образцов № 4 и 5, что
свидетельствует о сильной текстуре. Отметим, что,
если бы первое отражение из фиксируемых
принадлежало плоскости текстуры (111) кубической
решетки, то должен был бы выявляться и второй
порядок отражения на угле, близком к 79 град,
который не определяется. Поэтому можно
выявленные дифракционные пики сопоставить с
отражениями от плоскостей тетрагональной
решетки β-Mo2N–фазы, а наиболее сильный пик в
образце № 3 – с формированием текстуры с
плоскостью (112) β-Mo2N, а в образцах № 4 и 5 –
текстуры с плоскостью (200) β-Mo2N, параллельной
поверхности роста низкотемпературной фазы.
Таким образом, все исследованные
нанокристаллические покрытия состава Mo2N в
процессе их вакуумно-дугового синтеза при
вышеуказанных условиях оказались двухфазными.
Они состоят из высокотемпературной γ-Mo2N и
низкотемпературной β-Mo2N–фаз, а в процессе
синтеза варьировалось только их количественное
соотношение, в связи с изменениями режимов
осаждения. Повышение постоянного потенциала
смещения, приложенного к подложке во всем
диапазоне давлений, приводит к увеличению
количества γ-Mo2N–фазы. Однако приложение к
подложке дополнительного импульсного
потенциала смещения одновременно с постоянным
отрицательным потенциалом стимулирует
образование низкотемпературной фазы.
Из сопоставления полученных данных с
равновесной диаграммой состояния системы
молибден-азот (рис. 4), следует, что процесс синтеза
в случае использования высокочистого молибдена
264
приводит к формированию двухфазных покрытий,
соответствующих двум равновесным фазам состава
Mo2N в области, котора
я указана на диаграмме
состояния черной стрелкой.
Рис. 4. Диаграмма состояни системы молибден-азот[6]
Рис.3. Участок дифракционного спектра с наложением линий от двух фаз в образце №2
я
265
Низкотемпературный нитрид β-Mo2N согласно
диаграмме состояния образуется при температурах
ниже 850 °С. В процессе вакуумно-дугового синтеза
нитридных покрытий характер протекания фазовых
превращений, по-видимому, будет определяться
избытком
гомогенности
область 300…80
ванию этих нитридных фаз широкой
гомогенности. Их
также
азо
син
пр
вы
пр
мо
ди
бли
дву
фа
(см
вывод В процессе синтеза существует очень узкий
диапазон давлений азота, в котором будут
син
состав
области
высокотемпературная
β-Mo2
фи
Дв
отж
С.Н
пок
спл
но
молибд », 1975.
4. M.K. Kazmanli, M. Urgen, A.F. Cakir. Effect of
nitrogen pressure, bias voltage and substrate
temperature on the phase structure of Mo-N coatings
produced by cathodic arc PVD // Surface and coatings
Technology. 2003, v. 167, p. 77–82.
5. Н.С. Ломино, В.Д. Овчаренко, Г.Н. Полякова,
А.А. Андреев, В.М. Шулаев. Межэлектродная
плазма вакуумной дуги в атмосфере азота //
Вакуумные технологии и оборудование. Харьков,
2002 с. 202–222.
–
etals.
, А.А. Андреев, Г.Н. Картмазов.
покрытиях
куумно-дугового разряда // Металловедение и
термическая обработка металлов. 1981, №5, с. 33-
35.
й синтеза
к
к
Усовершенствование установок «Булат-3Т» и
перспективы их модернизации // Опыт
эксплуатации и повышение эффективности
использования установок «Булат»: Обзор. М.:
ЦНИИатоминформ, 1986.
14. С.С. Горелик, Ю.А. Скаков, Л.Н. Расторгуев.
Рентгенографический и электронно-оптический
анализ. М.: МИСИС, 2002.
Статья поступила в редакцию 04.11.2009 г.
или недостатком азота в области
20…35 at.% азота. Температурная
0 °С соответствует с
6. H. Jehn, P. Ettmayer. The Molybdenum
nitrogen fhase diagram // J. Less – Common M
8. осущество-
области
1978, v. 58, p. 85-9
7. В.М. Шулаев
количественное соотношение Об эффекте прироста твердости в
будет определяться дефицитом или избытком
та, который попадает в покрытия в процессе
теза. Самый важный результат состоит в том, что
и использовании в качестве катодного материала
сокочистого молибдена фазовый состав покрытий
актически идентичен продуктам взаимодействия
либдена с азотом согласно равновесной фазовой
аграмме состояния. При этом также оказались
зки температуры подложек при синтезе
хфазных покрытий и температурная область
зовых равновесий на диаграмме состояния
. рис. 4, эта область указана стрелкой).
Из данного исследования вытекает следующий
нитрида молибдена // Вопросы атомной науки и
техники. Серия «Вакуум, чистые материалы,
сверхпроводники». 2006, № 1, с. 197-200.
8. А.В. Бякова. Влияние структурного состояния
покрытий из нитрида титана на их прочность //
Сверхтвердые материалы. 1992, №5, с. 30-37.
9. И.И. Аксенов. Вакуумная дуга в эрозионных
источниках плазмы. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005.
10. А.А. Андреев, Л.В. Булатова, А.С. Булатов,
Г.Н. Картмазов, Т.В. Кострица, А.А. Романов.
Структура высокотвердых покрытий на основе
молибдена, полученных при конденсации плазмы
ва
.
тезироваться покрытия нитрида молибдена
а Mo2N двух модификаций. В пределах
гомогенности сосуществуют
11. И.И. Аксенов, Ю.П. Антуфьев, В.Г. Брень,
В.Г. Падалка, А.И. Попов, В.М. Хороших. Влияние
замагниченности электронов плазмы вакуумной
γ-Mo2N и низкотемпературная дуги на кинетику реакци
N-фазы, которые обладают разными
зическими свойствами, в частности твердостью.
ухфазное состояние в покрытиях не устранялось
игом при 800 °С в течение двух часов.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.А. Андреев, Л.П. Саблев, В.М. Шулаев,
. Григорьев. Вакуумно-дуговые устройства и
рытия. Харьков: ИПЦ «Контраст», 2005.
2. О.Е. Осинцев, В.Н. Федоров. Медь и медные
авы: Справочник. М.: «Машиностроение», 2004.
3. Н.Н. Моргунова, Б.А. Клыпин, В.А. Боярши-
в, Л.А. Тараканов, Ю.В. Манегин. Сплавы
ена. М.: «Металлургия
нитридсодержащих покрытий // ЖТФ. 1981, т. 51,
в. 2, с.303-309.
12. И.И. Аксенов, А.А. Андреев, В.Г. Брень,
С.И. Вакула, И.В. Гаврилко, Е.Е. Кудрявцева,
В.В. Кунченко, В.В. Ло ошко, Ю.Т. Мирошниченко,
В.Г. Падалка, А.А. Романов, Л.И. Сопрыкин,
В.Е. Стрельницкий, В.Т. Толок, В.М. Хороших,
А.М. Чикрыжов. Покрытия, полученные
конденсацией плазменных потоков в вакууме
(Способ онденсации с ионной бомбардировкой) //
УФЖ. 1979, т. 24, № 4, с. 515-525.
13. Л.И. Гетьман, Е.Г. Гольдинер, Г.Н. Гутник.
,
266
267
ФАЗОУТВОРЕННЯ В НАНОКРИСТАЛІЧНИХ ПОКРИТТЯХ СКЛАДУ Mo B2 BN,
ОТРИМАНИХ ВАКУУМНО-ДУГОВИМ ОСАДЖЕННЯМ МОЛІБДЕНУ
В ПРИСУТНОСТІ АЗОТУ
В.М. Шулаєв, О.В. Соболь, А.А. Андрєєв, І.М. Неклюдов, В.А. Столбовий
Досліджено фазовий склад нанокристалічних нітридних покриттів, отриманих вакуумно-дуговим
осадженням молібдену в присутності азоту при тиску в діапазоні 0,14…0,18 Па призводить до утворення
покриттів нітриду молібдену складу MoB2BN двох модифікацій, ідентичних продуктам взаємодії молібдену з
азотом згідно рівновісній фазовій діаграмі стану. Поряд з високотемпературною γ-MoB2BN-фазою з кубічною
решіткою виявляється низькотемпературна фаза β-MoB2BN з тетрагональною решіткою, склад якої зростає зі
збільшенням швидкості осадження. Постійний і імпульсний потенціал зміщення, прикладений до підложки,
швидкість осадження під час процесу синтезу також впливають на кількісне співвідношення цих фаз. Після
відпалу при температурі 800 °С протягом двох годин покриття залишались двофазними. Використання
відносно низької скорості осадження 3,5 мкм/год приводить до формування двофазних конденсаторів, які
складаються з γ- и β-MоB2BN-фаз, не маючих або маючих слабко виражену переважну орієнтацію кристалітів.
В покриттях, формованих при більшій швидкості осадження 7,0 мкм/год, відбувається утворення аксіальної
текстури кристалітів, тип якої визначається умовами синтезу (робочим тиском, типом і величиною
потенціалу, подаваємого на підложку при осадженні).
PHASE-FORMATION WITHIN NANO-CRYSTAL Mo B2 BN COATINGS OBTAINED BY MEANS
OF VACUUM-ARC DEPOSITION OF MOLYBDENUM IN NITROGEN ENVIRONMENT
V.M. Shulayev, O.V. Sobol, A.A. Andreev, I.M. Neklyudov, V.A. Stolbovoy
The phase content of nano-crystal nitride coatings obtained by means of vacuum-arc deposition of molybdenum
in nitrogen environment has been investigated. It has been found that vacuum-arc deposition of high purity
molybdenum under nitrogen pressure range 0,14…0,18 Pa leads to formation of molybdenum nitride coatings
having composition MoB2BN of two modifications. These two are identical to products of molybdenum-nitrogen
interactions according equilibrium phase diagram. Along with high-temperature γ -characterized by cubic lattice the
low-temperature phase β -MoB2BN with tetragonal one has been revealed. The quantity of the last increases with
increase of the deposition rate. Direct and pulse substrate bias also influence the quantitative relation of these
phases. Two hours annealing at 800P
P°C leaves the coatings to be two-phased. Application of relatively low
deposition rate (3,5 μm/hour) leads to two-phased (γ - and β -MoB2BN)condensates formation without or weak
crystallites orientation. The coatings obtained at higher rates (7.0 μm/hour) demonstrate formation of axial
crystallite texture. Type of this texture is determined by synthesis conditions (deposition pressure, type and value of
substrate bias)
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение фрактограмм хрупких изломов покрытий, осажденных на медные положки показало, что при всех исследованных в работе интервалах давления азота, скоростей осаждения и потенциалов смещения формируются беспористые плотные покрытия с волокнистой структурой. При этом наблюдалось подавление захвата «макрочастиц» молибдена растущим нитридным покрытием. Их содержание в покрытиях не выявлялось ни при исследовании морфологии поверхности, ни на рентгенодифракционных спектрах. Типичный микрорельеф хрупкого излома покрытий приведен на рис. 1,а и более детализированное изображение на рис. 1,б (этот же образец с большим увеличением). Поверхность излома покрытия указана стрелкой.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90788 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:44:24Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шулаев, В.М. Соболь, О.В. Андреев, А.А. Неклюдов, И.М. Столбовой, В.А. 2016-01-04T15:19:02Z 2016-01-04T15:19:02Z 2009 Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота / В.М. Шулаев , О.В. Соболь , А.А. Андреев , И.М. Неклюдов , В.А. Столбовой // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 262-267. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90788 621.793.7 Исследован фазовый состав нанокристаллических нитридных покрытий, полученных вакуумно-дуговым
 осаждением молибдена в присутствии азота. Обнаружено, что вакуумно-дуговое осаждение высокочистого
 молибдена в присутствии азота при давлении в диапазоне 0,14…0,18 Па приводит к образованию покрытий
 нитрида молибдена состава Mo₂N двух модификаций, идентичных продуктам взаимодействия молибдена с
 азотом согласно равновесной фазовой диаграмме состояния. Наряду с высокотемпературной γ-Mo₂N фазой с
 кубической решеткой выявляется низкотемпературная фаза β-Mo₂N—с тетрагональной решеткой,
 содержание которой растет с увеличением скорости осаждения. Постоянный и импульсный потенциал
 смещения, приложенный к подложке, скорость осаждения в процессе синтеза также влияют на
 количественное соотношение этих фаз. После отжига при температуре 800 °С в течение двух часов
 покрытия оставались двухфазными. Использование относительно низкой скорости осаждения 3,5 мкм/ч
 приводит к формированию двухфазных конденсатов, состоящих из γ- и β-Mо₂N—фаз, не имеющих или
 имеющих слабо выраженную преимущественную ориентацию кристаллитов. В покрытиях, формируемых
 при большей скорости осаждения 7,0 мкм/ч, происходит образование аксиальной текстуры кристаллитов,
 тип которой определяется условиями синтеза (рабочим давлением, типом и величиной потенциала,
 подаваемого на подложку при осаждении). Досліджено фазовий склад нанокристалічних нітридних покриттів, отриманих вакуумно-дуговим
 осадженням молібдену в присутності азоту при тиску в діапазоні 0,14…0,18 Па призводить до утворення
 покриттів нітриду молібдену складу Mo₂N двох модифікацій, ідентичних продуктам взаємодії молібдену з
 азотом згідно рівновісній фазовій діаграмі стану. Поряд з високотемпературною γ-Mo₂N-фазою з кубічною
 решіткою виявляється низькотемпературна фаза β-Mo₂N з тетрагональною решіткою, склад якої зростає зі
 збільшенням швидкості осадження. Постійний і імпульсний потенціал зміщення, прикладений до підложки,
 швидкість осадження під час процесу синтезу також впливають на кількісне співвідношення цих фаз. Після
 відпалу при температурі 800 °С протягом двох годин покриття залишались двофазними. Використання
 відносно низької скорості осадження 3,5 мкм/год приводить до формування двофазних конденсаторів, які
 складаються з γ- и β-Mо₂N-фаз, не маючих або маючих слабко виражену переважну орієнтацію кристалітів.
 В покриттях, формованих при більшій швидкості осадження 7,0 мкм/год, відбувається утворення аксіальної
 текстури кристалітів, тип якої визначається умовами синтезу (робочим тиском, типом і величиною
 потенціалу, подаваємого на підложку при осадженні). The phase content of nano-crystal nitride coatings obtained by means of vacuum-arc deposition of molybdenum
 in nitrogen environment has been investigated. It has been found that vacuum-arc deposition of high purity
 molybdenum under nitrogen pressure range 0,14…0,18 Pa leads to formation of molybdenum nitride coatings
 having composition Mo₂N of two modifications. These two are identical to products of molybdenum-nitrogen
 interactions according equilibrium phase diagram. Along with high-temperature γ -characterized by cubic lattice the
 low-temperature phase β -Mo₂N with tetragonal one has been revealed. The quantity of the last increases with
 increase of the deposition rate. Direct and pulse substrate bias also influence the quantitative relation of these
 phases. Two hours annealing at 800 °C leaves the coatings to be two-phased. Application of relatively low
 deposition rate (3,5 μm/hour) leads to two-phased (γ - and β -Mo₂N)condensates formation without or weak
 crystallites orientation. The coatings obtained at higher rates (7.0 μm/hour) demonstrate formation of axial
 crystallite texture. Type of this texture is determined by synthesis conditions (deposition pressure, type and value of
 substrate bias) . ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота Фазоутворення в нанокристалічних покриттях складу Mo₂N, отриманих вакуумно-дуговим осадженням молібдену в присутності азоту Phase-formation within nano-crystal Mo₂N coatings obtained by means of vacuum-arc deposition of molybdenum in nitrogen environment Article published earlier |
| spellingShingle | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота Шулаев, В.М. Соболь, О.В. Андреев, А.А. Неклюдов, И.М. Столбовой, В.А. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота |
| title_alt | Фазоутворення в нанокристалічних покриттях складу Mo₂N, отриманих вакуумно-дуговим осадженням молібдену в присутності азоту Phase-formation within nano-crystal Mo₂N coatings obtained by means of vacuum-arc deposition of molybdenum in nitrogen environment |
| title_full | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота |
| title_fullStr | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота |
| title_full_unstemmed | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота |
| title_short | Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота |
| title_sort | фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава mo₂n, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90788 |
| work_keys_str_mv | AT šulaevvm fazoobrazovanievnanokristalličeskihpokrytiâhsostavamo2npolučennyhvakuumnodugovymosaždeniemmolibdenavprisutstviiazota AT sobolʹov fazoobrazovanievnanokristalličeskihpokrytiâhsostavamo2npolučennyhvakuumnodugovymosaždeniemmolibdenavprisutstviiazota AT andreevaa fazoobrazovanievnanokristalličeskihpokrytiâhsostavamo2npolučennyhvakuumnodugovymosaždeniemmolibdenavprisutstviiazota AT neklûdovim fazoobrazovanievnanokristalličeskihpokrytiâhsostavamo2npolučennyhvakuumnodugovymosaždeniemmolibdenavprisutstviiazota AT stolbovoiva fazoobrazovanievnanokristalličeskihpokrytiâhsostavamo2npolučennyhvakuumnodugovymosaždeniemmolibdenavprisutstviiazota AT šulaevvm fazoutvorennâvnanokristalíčnihpokrittâhskladumo2notrimanihvakuumnodugovimosadžennâmmolíbdenuvprisutnostíazotu AT sobolʹov fazoutvorennâvnanokristalíčnihpokrittâhskladumo2notrimanihvakuumnodugovimosadžennâmmolíbdenuvprisutnostíazotu AT andreevaa fazoutvorennâvnanokristalíčnihpokrittâhskladumo2notrimanihvakuumnodugovimosadžennâmmolíbdenuvprisutnostíazotu AT neklûdovim fazoutvorennâvnanokristalíčnihpokrittâhskladumo2notrimanihvakuumnodugovimosadžennâmmolíbdenuvprisutnostíazotu AT stolbovoiva fazoutvorennâvnanokristalíčnihpokrittâhskladumo2notrimanihvakuumnodugovimosadžennâmmolíbdenuvprisutnostíazotu AT šulaevvm phaseformationwithinnanocrystalmo2ncoatingsobtainedbymeansofvacuumarcdepositionofmolybdenuminnitrogenenvironment AT sobolʹov phaseformationwithinnanocrystalmo2ncoatingsobtainedbymeansofvacuumarcdepositionofmolybdenuminnitrogenenvironment AT andreevaa phaseformationwithinnanocrystalmo2ncoatingsobtainedbymeansofvacuumarcdepositionofmolybdenuminnitrogenenvironment AT neklûdovim phaseformationwithinnanocrystalmo2ncoatingsobtainedbymeansofvacuumarcdepositionofmolybdenuminnitrogenenvironment AT stolbovoiva phaseformationwithinnanocrystalmo2ncoatingsobtainedbymeansofvacuumarcdepositionofmolybdenuminnitrogenenvironment |