Erosion of vacuum-arc TiN coatings in plasma of stationary magnetron-type discharges

Studies were made into erosion of titanium nitride coatings deposited onto stainless steel substrates in two different ways of vacuum-arc technology: with and without feeding high-voltage negative pulses on the substrate. A possible physical mechanism is offered and discussed to explain the different character of erosion behavior.Досліджено ерозію покриттів з нітриду титану, осаджених на підкладки з неіржавіючої сталі двома різними методами вакуумно-дугової технології: з подачею і без подачі високовольтних імпульсів негативної полярності на підкладку. Пропонується і обговорюється фізичний механізм для пояснення різного характеру ерозійної поведінки.Исследована эрозия покрытий из нитрида титана, осажденных на подложки из нержавеющей стали двумя различными методами вакуумно-дуговой технологии: с подачей и без подачи высоковольтных импульсов отрицательной полярности на подложку. Предлагается и обсуждается физический механизм для объяснения различного характера эрозионного поведения

The effect of nitrogen pressure during vacuum-arc TiN coatings deposition on the erosoin resistance in plasma of magnetron type discharges

The erosion process was investigated of TiN coatings which were made with the vacuum-arc sputtering of Ti at the different nitrogen pressures (10⁻⁴…5•10⁻³ Torr). The erosion rates were measured by the weighting on analytical balance before and after treatment by plasmas of magnetron type, axial symmetrical discharges in nitrogen atmosphere, at the temperatures of 500…1100ºС. It was shown that an erosion rate of TiN coatings deposited at low pressures (~10⁻⁴ Torr) is essentially (up to 1.5 times) lower than that for coatings produced at the more high pressures (5•10⁻³ Torr). For samples produced in the regime with high voltage pulses supply on substrate the erosion is lower than for coatings deposited in the regime without pulses supply. Taking into account the results of X-ray diffraction measurements, the physical mechanisms are suggested to explain such character of erosion behavior.Исследован процесс эрозии TiN-покрытий, полученных вакуумно-дуговым распылением титана при различных давлениях азота (10⁻⁴…5•10⁻³ Торр). Скорости эрозии измерялись методом взвешивания на аналитических весах до и после плазменной обработки в атмосфере азота при температурах 500…1100ºС. Обнаружено, что скорость эрозии TiN-покрытий, осажденных при низких давлениях (~1•10⁻⁴ Торр), существенно (до полутора раз) ниже, чем для покрытий, нанесенных при более высоких давлениях азота (5•10⁻³ Торр). Для образцов, полученных в режиме с подачей импульсов на подложку, эрозия в среднем несколько ниже, чем у покрытий, осажденных в безимпульсном режиме. С учетом результатов исследований покрытий методом рентгеновской дифракции предложены и обсуждаются возможные физические механизмы для объяснения такого характера поведения эрозии.Досліджено процес ерозії TiN-покриттів, отриманих вакуумно-дуговим розпилюванням титану при різному тиску азоту (10⁻⁴…5•10⁻³ Торр). Швидкості ерозії вимірювалися методом зважування на аналітичних вагах до і після плазмової обробки в атмосфері азоту при температурах 500…1100ºС Виявлено, що швидкість ерозії TiN-покриттів, осаджених при нижчому тиску (~1•10⁻⁴ Торр), істотно нижче, ніж для покриттів, нанесених при вищому тиску азоту (5•10⁻³ Торр). Для зразків, отриманих у режимі з подачею імпульсів на підкладку, ерозія в середньому декілька нижча, ніж у покриттів, осаджених у безімпульсному режимі. З урахуванням результатів досліджень покриттів методом рентгенівської дифракції запропоновані і обговорюються можливі фізичні механізми для пояснення такого характеру поведінки ерозії

Erosion behavior of W-Ta coatings in plasmas of stationary mirror Penning discharges

Investigations had been carried out of the influence of Ta alloying (2…16 wt.%) in W-coatings on their erosion behavior in steady state plasmas of Penning discharges in different gases: argon, nitrogen, and hydrogen. The coatings were deposited on stainless steel substrates by argon ion sputtering of targets made from appropriate metals. For comparison the erosion behavior had been examined of pure W and Ta coatings obtained by the same method. It was shown the essential decrease of an erosion rate after Ta addition in W coatings. The possible physical mechanism is suggested to explain such erosion behavior.Исследуется влияние легирующей добавки Ta (2…16 вес.%) в W-пленке, на эрозионное поведение в плазме разряда Пеннинга различных газов (аргона, азота и водорода). Покрытия наносились путём распыления ионами аргона мишеней из соответствующих металлов на подложку из нержавеющей стали. Для сравнения исследовано эрозионное поведение в различных газах однокомпонентных W- и Ta-пленок, полученных тем же методом. Обнаружено существенное уменьшение скорости эрозии после добавления Ta в W-покрытия. Предлагается физический механизм для объяснения такого поведения эрозии.Досліджується вплив легуючої добавки Ta (2…16 ваг.%) в W-плівці на ерозійну поведінку в плазмі розряду Пеннінга різних газів (аргону, азоту і воденю). Покриття наносилися шляхом розпилювання іонами аргону мішеней з відповідних металів на підкладку з нержавіючої сталі. Для порівняння досліджена ерозійна поведінка в різних газах однокомпонентних W- і Ta-покриттів, отриманих тим же методом. Виявлено істотне зменшення швидкості ерозії після додавання Ta в W-покриття. Пропонується фізичний механізм для пояснення такої поведінки ерозії

Influence of different types of hydrogen treatment on hydrogen retention and release from 12Kh18N10T steel

Hydrogen outgassing from stainless steel was investigated after sample treatment by different plasmas: VHF/RF pulse discharges during wall conditioning in the Uragan-2M torsatron, with RF pulse plasma heating regime in Uragan-2M, with steady state plasma of magnetron type discharges in DSM-1 device, with pulse plasma in the plasma accelerator QSPA Kh-50. For comparison the rate of hydrogen release from SS samples was measured after their saturation in molecular hydrogen gas at the low pressure of ~10⁻² Torr at the room temperature. The measurements of hydrogen release rate were carried out with thermal desorption method and mass-spectrometry. It was observed the significant differences in hydrogen outgassing behavior for samples treated with different hydrogen plasma. The possible reasons of distinctions in kinetics of hydrogen interaction with stainless steel are discussed.Газовиділення водню із зразків нержавіючої сталі проводилося після обробки різною плазмою: імпульсних розрядів УКХ/ВЧ під час чистки стінки в торсатроні Ураган-2М, у режимі нагріву плазми з ВЧімпульсом в Урагані-2М, у стаціонарній плазмі розрядів магнетронного типу в пристрої ДСМ-1 з імпульсною плазмою, у плазмовому прискорювачі КСПП Х-50. Крім того, для порівняння використовувалося насичення в молекулярному газоподібному водні при низькому тиску (~10⁻²Торр) та кімнатній температурі. Вимірювання швидкості виділення водню проводилися методом термічної десорбції за участю мас-спектрометрії. Спостерігалися істотні відмінності в характері виділення водню для зразків, оброблених різною водневою плазмою. Обговорюються можливі причини відмінностей в кінетиці взаємодії водню з нержавіючою сталлю.Газовыделение водорода из образцов нержавеющей стали проводилось после обработки различной плазмой: импульсных разрядов УКВ/ВЧ во время чистки стенки в торсатроне Ураган-2М, в режиме нагрева плазмы с ВЧ-импульсом в Урагане-2М, в стационарной плазме разрядов магнетронного типа в устройстве ДСМ-1 с импульсной плазмой, в плазменном ускорителе КСПУ Х-50. Кроме того, для сравнения использовалось насыщение в молекулярном газообразном водороде при низком давлении (~10⁻² Торр) и комнатной температуре. Измерения скорости выделения водорода проводились методом термической десорбции с участием масс-спектрометрии. Наблюдались существенные различия в характере выделения водорода для образцов, обработанных различной водородной плазмой. Обсуждаются возможные причины различий в кинетике взаимодействия водорода с нержавеющей сталью