Структура, дефекты упаковки и электрохимическое поведение α-Ta, полученного химическим газофазным осаждением

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методами рентгеновской дифракции, растровой электронной микроскопии, эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда, электрохимии и оценки прочности исследованы дефекты упаковки в тантале, нанесенном в среде гелия на медную подложку с помощью химического газофазного осаждения, и их влияние на защитные свойства. Показано, что вероятность образования дефектов упаковки в осажденном ОЦК-тантале в плоскостях {112} является чувствительным параметром по отношению к условиям осаждения (температуре и содержанию гелия). С повышением концентрации гелия от высоких до средних значений сумма вероятностей образования деформационных (α) и двойниковых (β) дефектов упаковки 1.5α + β в α-Ta возрастает в пять раз (от 0.025 до 0.13%), при понижении температуры от 800 до 750°С — в 35 раз (от 0.025 до 0.89%). Понижение вероятности возникновения дефектов упаковки в осажденном α-Ta тантале связано со значительным повышением коррозионной стойкости и прочности сцепления покрытия с подложкой. Предложен механизм формирования метастабильных ГПУ-фаз тантала на дефектах упаковки в α-Ta в плоскостях {112}.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Лубнин

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: qrcad@udman.ru
Россия, Ижевск, 426067

В. И. Ладьянов

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: qrcad@udman.ru
Россия, Ижевск, 426067

Б. Е. Пушкарев

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: qrcad@udman.ru
Россия, Ижевск, 426067

И. В. Сапегина

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: qrcad@udman.ru
Россия, Ижевск, 426067

Р. Р. Файзуллин

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: qrcad@udman.ru
Россия, Ижевск, 426067

Л. Х. Балдаев

ООО “Технологические системы защитных покрытий”

Email: qrcad@udman.ru
Россия, Москва, 108851

С. Ю. Трещёв

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: qrcad@udman.ru
Россия, Ижевск, 426067

Список литературы

  1. Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Ворошнин Л.Г. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1981. 424 с.
  2. Read M.H., Altman C. // Appl. Phys. Lett. 1965. V. 7. P. 51. https://doi.org/10.1063/1.1754294
  3. Myers S., Lin J., Souza R.M., Sproul W.D., Moore J.J. // Surf. Coat. Technol. 2013. V. 214. P. 38. https://doi.org./10.1016/j.surfcoat.2012.10.061
  4. Справочник химика. Т. 3. Химическое равновесие и кинетика свойства растворов. Электродные процессы / Ред. Никольский Б.П. и др. М.–Л.: Химия, 1965. 1008 с.
  5. Maeng S.M., Axe L., Tyson T.A., Gladczuk L., Sosnowski M. // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 200. P. 5717. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.08.128
  6. Feinstein L.G., Huttemann R.D. // Thin Solid Films. 1974. V. 20. P. 103. https://doi.org/10.1016/0040-6090(74)90038-8
  7. Feinstein L.G., Huttemann R.D. // Thin Solid Films. 1973. V. 16. P. 129. https://doi.org/10.1016/0040-6090(73)90163-6
  8. Lee S.L., Cipollo M., Windover D., Rickard C. // Surf. Coat. Technol. 1999. V. 120. P. 44. https://doi.org/ 10.1016/S0257-8972(99)00337-0
  9. Mills D., Young L., Zobel F.G.R. // J. Appl. Phys. 1966. V. 1821. № 4. P. 1821. https://doi.org/ 10.1063/1.1708607
  10. Sosniak J., Polito W.J., Rozgonyi G.A. // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. P. 3041. https://doi.org/10.1063/1.1710059
  11. Kodas T.T., Hampden-Smith M.J. The Chemistry of Metal CVD. New York–Basel–Cambridge–Tokyo: Weinheim, 1994. 546 p. https://doi.org/10.1002/9783527615858
  12. Максимкин О.П. Дефекты упаковки, их энергия и влияние на свойства облученных металлов и сплавов. Алматы, 2010. 70 с. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1889.4160
  13. Bauer R., Jägle E.A., Baumann W., Mittemeijer E.J. // Philos. Mag. 2011. V. 91. P. 437. https://doi.org/10.1080/14786435.2010.525541
  14. Betteridge W. // Prog. Mater. Sci. 1980. V. 24. P. 51. https://doi.org/10.1016/0079-6425(79)90004-5
  15. Dorofeev G.A., Ladyanov V.I., Lubnin A.N., Mukhgalin V. V., Kanunnikova O.M., Mikhailova O.M., Aksenova V.V. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. P. 9690. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.04.101
  16. Лубнин А.Н., Дорофеев Г.А., Никонова Р.М., Мухгалин В.В., Ладьянов В.И. // Физика твердого тела. 2017. Т. 59. С. 2206. https://doi.org/10.21883/ftt.2017.11.45063.015
  17. Dorofeev G.A., Lubnin A.N., Ulyanov A.L., Kamaeva L.V., Ladyanov V.I., Pushkarev E.S., Shabashov V.A. // Mater. Lett. 2015. V. 159. P. 493. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.08.050
  18. Дорофеев Г.А., Лубнин А.Н., Ульянов А.Л., Мухгалин В.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2017. Т. 81. № 7. С. 887. https://doi.org/10.7868/s0367676517070080
  19. Лубнин А.Н., Ладьянов В.И., Пушкарев Б.Е., Сапегина И.В., Файзуллин Р.Р., Трещёв С.Ю. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2022. № 5. С. 74. https://doi.org/10.31857/S1028096022050144
  20. Warren B.E. X-Ray Diffraction. Dover Publ., 1990. 400 p.
  21. Marcus R.B., Quigley S. // Thin Solid Films. 1968. V. 2. P. 467. https://doi.org/10.1016/0040-6090(68)90060-6
  22. Janish M.T., Mook W.M., Carter C.B. // Scr. Mater. 2015. V. 96. P. 21. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2014.10.010
  23. Haas G., Thun R.E. Physics of Thin Films: Advances in Research and Development. New York: Academic Press, 1963. 421 p.
  24. Wang F., Ingalls R. // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. P. 5647. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.5647
  25. Mao H.K., Bassett W.A., Takahashi T. // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. P. 272. https://doi.org/10.1063/1.1708965
  26. Basset W.A., Huang E. // Nature. 1986. V. 8. P. 2. https://doi.org/10.1126/science.238.4828.780
  27. Burgers W.G. // Physica. 1934. V. 1. P. 561. https://doi.org/10.1016/S0031-8914(34)80244-3

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. РЭМ-изображения танталовых покрытий, полученных химическим газофазным осаждением при 800°C и высокой (a), средней (б) и низкой (в) концентрации гелия y, при низкой y и 750 (г), 700 (д) и 650°C (е).

Скачать (75KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Содержание углерода, азота и кислорода в танталовых покрытиях, полученных химическим газофазным осаждением при различной температуре и концентрации гелия y. Относительные погрешности определения концентраций не превышают 20%.

Скачать (12KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рентгеновские дифрактограммы танталовых покрытий, полученных химическим газофазным осаждением при 800°С и высокой (a), средней (б) и низкой (в) концентрации гелия.

Скачать (53KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгеновские дифрактограммы танталовых покрытий, полученных химическим газофазным осаждением при низкой концентрации гелия и при температуре: a — 750; б — 700; в — 650°С.

Скачать (54KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Построение Вильямсона–Холла для ОЦК-тантала, полученного химическим газофазным осаждением при 800°C и средней концентрации гелия y (□), 750°C и низкой y (○), 800°C и низкой y (£). Погрешности на графике не превышают размеров точек.

Скачать (16KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Тест царапанием танталовых покрытий, полученных химическим газофазным осаждением при 800°C и высокой (a), средней (б) и низкой (в) концентрации гелия y, при низкой y и 750 (г), 700 (д) и 650°C (е).

Скачать (74KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Поляризационные кривые танталовых покрытий, полученных химическим газофазным осаждением при 800°C и высокой (1), средней (2) и низкой (3) концентрации гелия y, при низкой y и 750 (4), 700 (5) и 650°C (6), а также тантала (7) и медной подложки без покрытия (8). Среда съемки — 0.5 M H2SO4.

Скачать (26KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Результаты электрохимических испытаний в 0.5 М растворе H2SO4 танталовых покрытий в зависимости от условий их осаждения (температуры и содержания гелия y): icor и Ecor — плотность тока и потенциал коррозии соответственно. Также приведены данные для чистых металлов Cu и Ta. Относительные погрешности определения icor и Ecor не превышают 15%.

Скачать (13KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Схема механизма фазового превращения ОЦК → ГПУ: a — проекция исходной структуры с ОЦК-решеткой на плоскость (112); б — структура, измененная за счет дефекта упаковки на плоскости (112), а также сжатия в направлении [100] с одновременным растяжением вдоль направления [110]; в — структура результирующей ГПУ-фазы.

Скачать (27KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024