The Effect of Gas Phase Composition on the Structural Characteristics and Resistivity of Nitrogen-doped Nanostructured Diamond Coatings

The experimental results of the effect of the gas phase composition on nitrogen-doped nanostructured diamond coatings synthesized in the glow discharge plasma on their structure and resistance have been presented. It was shown that changes in the electrical conductivity of the nitrogen doped nanostructured diamond coatings are primarily related to changes in the electrical conductivity of the grain boundaries and did not to changes in the grain size of the diamond phase. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3518

Comparison of blistering of W bulk and coatings under H₂, D₂ and He plasma irradiation

The surface topography of W bulk prepared by powder sintering (20 μm thickness) and W coatings deposited by cathodic arc evaporation and by argon ion sputtering was studied under the influence of low-energy hydrogen (deuterium) and helium plasma at room temperature. The surface modifications induced by the plasma irradiation were studied by scanning electron microscopy. It was observed formation of blisters and sputtering. After helium and deuterium plasma irradiation, numerous blisters were observed on the surface of W foils samples and coatings deposited by argon ion sputtering. The surface of W coatings deposited by cathodic arc evaporation was undergone only sputtering process under the same irradiation conditions.Вивчено зміну топографії поверхні масивного вольфраму, отриманого методом порошкового спікання (товщиною 20 мкм), і W-покриттів осадженими вакуумно-дуговим методом та іонним розпиленням під впливом низькоенергетичної водневої (дейтерієвої) і гелієвої плазми при кімнатній температурі. Поверхневі модифікації, індуковані плазмовим опроміненням, вивчалися за допомогою сканувальної електронної мікроскопії. Після опромінення гелієвою і дейтерієвою плазмою на поверхні зразків фольги W і покриттів, нанесених іонним розпиленням, спостерігалися численні блістери. Поверхня W-покриттів, осаджених вакуумно-дуговим способом, піддавалася тільки розпорошенню при тих же умовах опромінення.Изучены изменения топографии поверхности массивного вольфрама, полученного методом порошкового спекания (толщиной 20 мкм), и W-покрытий осажденными вакуумно-дуговым методом и ионным распылением под воздействием низкоэнергетической водородной (дейтериевой) и гелиевой плазмы при комнатной температуре. Поверхностные модификации, индуцированные плазменным облучением, изучались с помощью сканирующей электронной микроскопии. После облучения гелиевой и дейтериевой плазмой на поверхности образцов фольги W и покрытий, нанесенных ионным распылением, наблюдались многочисленные блистеры. Поверхность W-покрытий, осажденных вакуумно-дуговым способом, подвергалась только распылению при тех же условиях облучения

Swelling of ferritic structural materials at high levels of damage doses and gas concentrations

Investigation results of the swelling behavior of three ferritic steels under conditions of simultaneous irradiation with 1.8 MeV Cr³⁺ ions and gases (helium or hydrogen) at peak swelling temperatures and doses to 50 and 200 dpa are presented. It is shown that the behavior of swelling depends on the concentration of helium or hydrogen. Determined that helium and hydrogen have different influence on the nucleation processes and growth of vacancy voids. Dual irradiation with hydrogen leads to a decrease in voids formed under irradiation. Helium has a stronger effect on voids nucleation, increasing their concentration by almost 10 times with a significant decrease of their size.Представлено результати дослідження поведінки розпухання трьох сталей феритного класу в умовах одночасного опромінення іонами Сr³⁺ з енергією 1,8 МеВ і газів (гелію або водню) при температурах максимального розпухання і дозах 50 і 200 зна. Показано, що поведінка радіаційного розпухання багато в чому залежить від концентрації гелію або водню. Встановлено, що гелій і водень по-різному впливають на процеси зародження і зростання вакансійних пор. Подвійне опромінення з воднем призводить до зменшення розміру пор, що утворюються при опроміненні. Гелій проявляє більш сильний вплив на зародження пор, збільшуючи їх концентрацію на порядок при значному зменшенні їх розміру.Представлены результаты исследования поведения распухания трех сталей ферритного класса в условиях одновременного облучения ионами Сr³⁺ с энергий 1,8 МэВ и газов (гелия или водорода) при температурах максимального распухания и дозах 50 и 200 сна. Показано, что поведение радиационного распухания во многом зависит от концентрации гелия или водорода. Установлено, что гелий и водород поразному влияют на процессы зарождения и роста вакансионных пор. Дуальное облучение с водородом приводит к уменьшению размера пор, образующихся при облучении. Гелий проявляет более сильное влияние на зарождение пор, увеличивая их концентрацию на порядок при значительном уменьшении их размера

Surface morphology and sputtering of FeCrAl coating on steel exposed to low-energy deuterium plasmas

Processes of sputtering and surface modification of FeCrAl coatings deposited on steel by vacuum arc was studied under the influence of low-energy (500 eV) deuterium plasma with fluence (4⋅10²⁴) D+/m² at room temperature. It was determined the composition of coatings by an energy dispersive X-ray spectrometer allowed to establish that the elements in the coatings are distributed more evenly when it coated in a nitrogen atmosphere. Results of erosion studies indicated that the sputtering yields for deuterium on coatings are 1.3…0.45 at./ion and at least two-three times less in comparison with initial alloys and published data for pure iron and chromium. For coatings deposited in a nitrogen atmosphere found that the obtained sputtering coefficients are almost an order of magnitude smaller in comparison with published data for pure iron and chromium and only 1.8 times higher compared to tungsten.Процеси напилення і модифікації поверхні покриттів FeCrAl, нанесених на сталь вакуумною дугою, вивчали під впливом низькоенергетичної (500 еВ) плазми дейтерію з флюенсом (4⋅10²⁴) D+/m² при кімнатній температурі. Було визначено склад покриттів за допомогою енергодисперсійного рентгенівського спектрометра: це дозволило встановити, що елементи в покритті розподіляються більш рівномірно при нанесенні покриття в атмосфері азоту. Результати ерозійних досліджень показали, що коефіцієнти розпилення дейтерію на покриттях становлять 1,3…0,45 ат./іон і, як мінімум, в два-три рази менші в порівнянні з вихідними сплавами і опублікованими даними для чистого заліза і хрому. Для покриттів, нанесених в атмосфері азоту, встановлено, що отримані коефіцієнти розпилення майже на порядок менші в порівнянні з опублікованими даними для чистого заліза і хрому та лише в 1,8 рази вищі в порівнянні з вольфрамом.Процессы напыления и модификации поверхности покрытий FeCrAl, нанесенных на сталь вакуумной дугой, изучали под воздействием низкоэнергетической (500 эВ) плазмы дейтерия с флюенсом (4⋅10²⁴) D+/m² при комнатной температуре. Был определен состав покрытий с помощью энергодисперсионного рентгеновского спектрометра: это позволило установить, что элементы в покрытии распределяются более равномерно при нанесении покрытия в атмосфере азота. Результаты эрозионных исследований показали, что коэффициенты распыления дейтерием покрытий составляют 1,3…0,45 ат./ион и, как минимум, в два-три раза меньше по сравнению с исходными сплавами и опубликованными данными для чистого железа и хрома. Для покрытий, нанесенных в атмосфере азота, установлено, что полученные коэффициенты распыления почти на порядок меньше по сравнению с опубликованными данными для чистого железа и хрома и лишь в 1,8 раза выше по сравнению с вольфрамом

Blistering of W, Ta and W-Ta coatings under the influence of particles of low-energy hydrogen plazma

The surface topography and deuterium retention in W, Ta and W-Ta coatings under the influence of low-energy deuterium plasma was studied. It was observed formation of blisters as dome and burst or delaminated structures. The W-Ta coatings showed improved characteristics: smaller sizes and density of blisters and a significantly lower thickness of the delaminated layer.Вивчено зміну топографії поверхонь покриттів W, Ta і W-Ta і вміст дейтерію під дією частинок низькоенергетичної водневої плазми. Спостерігалося утворення блістерів куполоподібної форми, відшарування та лущення. Покриття W-Ta показали поліпшені характеристики: менші розміри і знижену густину блістерів і значно меншу товщину відшарованого шару.Изучены изменение топографии поверхности покрытий W, Ta и W-Ta и накопление дейтерия под действием частиц низкоэнергетической дейтериевой плазмы. Наблюдалось образование блистеров куполообразной формы, отслаивание и шелушение. Покрытия W-Ta показали улучшенные характеристики: меньшие размеры и плотность блистеров и значительно уменьшенную толщину отслаиваемого слоя

Deuterium trapping and sputtering of tungsten coatings exposed to low-energy deuterium plasma

Processes of sputtering, surface modification and deuterium retention of tungsten coatings were studied under the influence of low-energy (500 eV) deuterium plasma with fluence (2·10²⁴D+/m²) at room temperature. The method of cathodic arc evaporation was used to deposit W and WN-coatings on stainless steel. Results of erosion studies indicated that the sputtering yields for coatings WN and W are 3.1·10⁻³ and 4.8·10⁻³ at./ion, respectively, and at least two times larger compared to bulk W but almost an order of magnitude smaller compared to ferritic martensitic steels. The total D retentions of W coatings were on the order of 5·10¹⁹D/m² and around one orders of magnitude lower than that of WN.Вивчено процеси розпилення, модифікації поверхні і захоплення дейтерію в вольфрамових покриттях під впливом низькоенергетичної (500 еВ) дейтерієвої плазми з флюенсом (4·10²⁴D+/м²). Метод катоднодугового випаровування використано для осадження W- і WN-покриттів на нержавіючу сталь. Результати ерозійних досліджень показали, що коефіцієнти розпилення покриттів WN і W складають 3.1·10⁻³ і 4.8·10⁻³ ат./іон відповідно і, як мінімум, в два рази більше в порівнянні з масивним W, але майже на порядок величини менше в порівнянні з феритно-мартенситними сталями. Загальна кількість дейтерію, утримуваного в W-покритті, становила близько 5·10¹⁹D/м², що приблизно на один порядок нижче, ніж у WN.Изучены процессы распыления, модификации поверхности и захвата дейтерия в вольфрамовых покрытиях под воздействием низкоэнергетической (500 эВ) дейтериевой плазмы с флюенсом (4·10²⁴D+/м²). Метод катодно-дугового испарения использован для осаждения W- и WN-покрытий на нержавеющую сталь. Результаты эрозионных исследований показали, что коэффициенты распыления покрытий WN и W составляют 3,1·10⁻³ и 4,8·10⁻³ ат./ион соответственно и, как минимум, в два раза больше по сравнению с массивным W, но почти на порядок величины меньше по сравнению с ферритно-мартенситными сталями. Общее количество дейтерия, удерживаемого в W-покрытии, составляло около 5·10¹⁹D/м², что примерно на один порядок ниже, чем у WN

Effect of argon ion irradiation on hardening and microstructure of ferritic-martensitic steel T91

Ferritic-martensitic steel T91 was irradiated with 1.4 MeV Ar⁺ ions to doses from 0.5 to 7 displacements per atom (dpa) at room temperature. Microstructure characterization was performed using transmission electron microscopy (TEM). TEM observations indicated that black dots and dislocation loops dominated the damage microstructure after ion irradiation. The nanoindentation technique was used to find out the changes in the hardness values with irradiation dose. Nanoindentation tests were performed at room temperature in continuous stiffness measurement mode before and after the irradiation. Nix-Gao model was used to extract the bulk-equivalent nanohardness of specimens. Pile-up of material around the indentation site that affects the calculated contact area was taken into account for correct interpretation of the mechanical properties of the irradiated material. It is shown that ion irradiation leads to hardening by 21% (ΔH ~ 0.7 GPa) which reaches quasi saturation at doses ≥ 1 dpa.Феритно-мартенситну сталь Т91 опромінювали при кімнатній температурі іонами Ar⁺ з енергією 1,4 МеВ в інтервалі доз 0,5…7 зсувів на атом (зна). Дослідження мікроструктури методом просвічувальної електронної мікроскопії показало утворення після іонного опромінення дефектів типу «чорних точок» і дислокаційних петель. Вимірювання твердості сталі проводили при кімнатній температурі методом наноіндентування в режимі безперервного вимірювання жорсткості до і після опромінення. Значення об'ємно-еквівалентної нанотвердості зразків розраховувалися з використанням моделі Нікса-Гао. При визначенні твердості сталі враховували ефект «навалу» матеріалу навколо місця вдавлення, який впливає на розрахункову площу контакту. Показано, що іонне опромінення призводить до збільшення нанотвердості на 21% (ΔН ~ 0,7 ГПа) і досягає квазінасичення при дозах ≥ 1 зна.Ферритно-мартенситную сталь Т91 облучали при комнатной температуре ионами Ar⁺ с энергией 1,4 МэВ в интервале доз 0,5…7 смещений на атом (сна). Исследование микроструктуры методом просвечивающей электронной микроскопии показало образование после ионного облучения дефектов типа «черных точек» и дислокационных петель. Измерения твердости стали проводили при комнатной температуре методом наноиндентирования в режиме непрерывного измерения жесткости до и после облучения. Извлечение значений объемно-эквивалентной нанотвердости образцов выполнялось с использованием модели НиксаГао. При определении твердости стали учитывали эффект «навала» материала вокруг места вдавливания, который оказывает влияние на расчетную площадь контакта. Показано, что ионное облучение приводит к увеличению нанотвердости на 21% (ΔН ~ 0,7 ГПа) и достигает квазинасыщения при дозах ≥ 1 сна

Effect of severe plastic deformation on radiation hardening of T91 ferritic-martensitic steel

Effect of thermomechanical treatment on radiation hardening behavior in T91 ferritic-martensitic steel was evaluated. An applying of severe plastic deformation (SPD) by the “upsetting-extrusion” method and subsequent heat treatment led to a considerable grain refinement, crushing of martensite lamellas, reduction of MX carbides size and their more uniform distribution. Nanoindentation measurements of SPD-modified steel revealed a 1.4-fold increase in the hardness relative to the initial steel. Irradiation response of modified steel was examined after 1.4 MeV Ar+ ion irradiations in the dose range of 10…45 displacements per atom (dpa) at room temperature and 460 °C. Microstructure characterization was performed by means of transmission electron microscopy (TEM). It was found that dislocation loops and nano-sized argon bubbles dominated the damage microstructure after ion irradiation. The effects of SPD-induced transformations as well as nano-bubbles formation are discussed regarding to the hardening phenomenon observed in irradiated steel.Вивчено вплив термомеханічної обробки на радіаційне зміцнення феритно-мартенситної сталі Т91. Використання інтенсивної пластичної деформації (ІПД) методом «осаджування-видавлювання» з подальшою термообробкою призвело до значного подрібнення зерна, дроблення ламелей розподіленого мартенситу, зменшення розмірів карбідів типу МХ і більш рівномірному їх розподілу. Вимірювання нанотвердості ІПД модифікованої сталі показало збільшення твердості в 1,4 рази в порівнянні з вихідною сталлю. Радіаційну стійкість модифікованої сталі досліджували після опромінення іонами Ar+ з енергією 1,4 МеВ у діапазоні доз 10…45 зсувів на атом (зна) при кімнатній температурі і 460 °C. Вивчення мікроструктури виконувалося за допомогою просвічувальної електронної мікроскопії (ПЕМ). Виявлено, що дислокаційні петлі і нанорозмірні бульбашки аргону переважають у мікроструктурі пошкоджень після іонного опромінення. Обговорюються впливи індукованих ІПД-перетворень, а також нанобульбашок аргону на зміцнення, що спостерігається в опроміненій сталі.Изучено влияние термомеханической обработки на радиационное упрочнение ферритно-мартенситной стали Т91. Использование интенсивной пластической деформации (ИПД) методом «осадки-экструзии» с последующей термообработкой привело к значительному измельчению зерна, дроблению ламелей распределенного мартенсита, уменьшению размеров карбидов типа МХ и более равномерному их распределению. Измерение нанотвердости ИПД модифицированной стали показало увеличение твердости в 1,4 раза по сравнению с исходной сталью. Радиационную стойкость модифицированной стали исследовали после облучения ионами Ar+ с энергией 1,4 МэВ в диапазоне доз 10…45 смещений на атом (сна) при комнатной температуре и 460 °C. Изучение микроструктуры выполнялось с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Обнаружено, что дислокационные петли и наноразмерные пузырьки аргона преобладают в микроструктуре повреждений после ионного облучения. Обсуждаются влияния индуцированных ИПД-превращений, а также нанопузырьков аргона на упрочнение, наблюдаемое в облученной стали

Hardening of Cr-Fe-Ni-Mn high-entropy alloys caused by the irradiation with argon ions

Nanoindentation was used to measure the ion irradiation effect on hardening of Cr-Fe-Ni-Mn high-entropy alloys with different composition. Alloys were irradiated with 1.4 MeV Ar ions at room temperatures and midrange doses from 0.3 to 5 displacements per atom (dpa). Different methods of nanoindentation data processing were used to determine true values of nanohardness and calculate Vickers hardness and yield strength. It was shown that hardness and yield strength increase with irradiation dose, but this increasing lower than in stainless steel.Наноіндентування використовували для вимірювання ефекту іонного опромінення на зміцнення високоентропійних сплавів Cr-Fe-Ni-Mn різноманітного складу. Сплави опромінювали іонами 1,4 МеВ Ar⁺ при кімнатній температурі до доз від 0,3 до 5 зміщень на атом (зна). Для визначення дійсних значень нанотвердості, а також для обчислення твердості за Віккерсом та межі плинності, використовувалися різні методи обробки даних наноіндентування. Показано, що значення твердості та межі плинності зростають із ростом дози, але цей приріст менший, ніж у нержавіючих сталях.Наноиндентирование использовали для измерения эффекта ионного облучения на упрочнение высокоэнтропийных сплавов Cr-Fe-Ni-Mn различного состава. Сплавы облучали ионами 1,4 МэВ Ar⁺ при комнатной температуре до доз от 0,3 до 5 смещений на атом (сна). Для определения истинных значений нанотвердости, а также для вычисления твердости по Виккерсу и предела текучести, использовались различные методы обработки данных наноиндентирования. Показано, что значения твердости и предела текучести растут с ростом дозы, но этот прирост меньше, чем в нержавеющих сталях