Рентгеновские дифракционные исследования процесса роста тонких пленок высокоэнтропийного сплава TiNbZrTaHfCu in situ с использованием синхротронного излучения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Высокоэнтропийные сплавы на основе тугоплавких металлов, обладающие необычным сочетанием физико-механических, трибологических, электрофизических и т. д. свойств, могут быть рекомендованы для использования в различных областях промышленности и медицины. Целью работы является исследование процесса роста пленок высокоэнтропийных сплавов системы Ti-Nb-Zr-Ta-Hf-Cu в режиме реального времени методом рентгенофазового анализа с использованием синхротронного излучения. Эксперименты по нанесению многоэлементных пленок металлов проводили на установке ВЭИПС-1, разработанной в Институте сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук для исследования процессов формирования пленок и покрытий на источнике синхротронного излучения. Процесс формирования структуры тонких пленок in situ с высоким временным разрешением изучали, используя источник синхротронного излучения - накопитель электронов ВЭПП-3 (Институт ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук). Показано, что осаждение на подложку ВК8 плазмы состава Ti-Nb-Zr-Ta-Hf-Cu сопровождается формированием аморфно-кристаллического состояния, представленного фазами состава (предположительно) Ti-Nb-Zr-Ta-Hf-Cu , TiZr , NbZr и CuTiZr , формирующимися на различных этапах напыления пленки. Основной является фаза состава Ti-Nb-Zr-Ta-Hf-Cu .

Об авторах

Юрий Федорович Иванов

Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН

Email: yufi55@mail.ru
д.ф.-м.н., главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

Юрий Халяфович Ахмадеев

Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН

к.т.н., заведующий лабораторией плазменной эмиссионной электроники

Анатолий Анатольевич Клопотов

Томский государственный архитектурно-строительный университет

д.ф.-м.н., профессор кафедры Прикладной механики и материаловедения

Никита Андреевич Прокопенко

Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН

младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

Елизавета Алексеевна Петрикова

Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН

младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

Ольга Васильевна Крысина

Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН

к.т.н., научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

Владимир Викторович Шугуров

Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН

научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

Александр Николаевич Шмаков

Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН; Институт катализа им. Г.К. Борескова» Сибирского отделения РАН

д.ф.-м.н., главный научный сотрудник, ФГБУН «Институт катализа им. Г.К. Борескова» Сибирского отделения РАН

Валентин Юрьевич Лавров

Томский государственный архитектурно-строительный университет

студент 2 курса магистратуры, кафедра Прикладной механики и материаловедения

Список литературы

  1. Cantor, B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys / B. Cantor, I.T.H. Chang, P. Knight, A.J.B. Vincent // Materials Science and Engineering: A. - 2004. - V. 375-377. - P. 213-218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257.
  2. Yeh, J.-W. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes /j.W. Yeh, S.-K. Chen, S.-J. Lin et al. // Advanced Engineering Materials. - 2004. - V.6. - I. 5. - P. 299-303. doi: 10.1002/adem.200300567.
  3. Senkov, O.N. Development and exploration of refractory high entropy alloys - a review / O.N. Senkov, D.B. Miracle, K.J. Chaput, J.-P. Couzinie // Journal of Materials Research. - 2018. - V. 33. - I. 19. - P. 3092-3128. doi: 10.1557/jmr.2018.153.
  4. Senkov, O.N. Refractory high-entropy alloys / O.N. Senkov, G.B. Wilks, D.B. Miracle et al. // Intermetallics. - 2010. - V. 18. - I. 9. - P. 1758-1765. doi: 10.1016/j.intermet.2010.05.014.
  5. Schuh, B. Thermodynamic stability and mechanical properties of nanocrystalline high-entropy alloys / B. Schuh // Doctoral Thesis. - Leoben: Erich Schmid Institute of Materials Science, 2018. - XII+126 p.
  6. Senkov, O.N. Microstructure and elevated temperature properties of a refractory TaNbHfZrTi alloy / O.N. Senkov, J.M. Scott, S.V. Senkova et al. // Journal of Materials Science. - 2012. - V. 47. - I. 9. - P. 4062-4074. doi: 10.1007/s10853-012-6260-2.
  7. Senkov, O.N. Microstructure and room temperature properties of a high-entropy TaNbHfZrTi alloy / O.N. Senkov, J.M. Scott, S.V. Senkova et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2011. - V. 509. - I. 20. - P. 6043-6048. doi: 10.1016/j.jallcom.2011.02.171.
  8. Coury, F.G. Solid-solution strengthening in refractory high entropy alloys / F.G. Coury, M. Kaufman, A.J. Clarke // Acta Materialia. - 2019. - V. 175. - P. 66-81. doi: 10.1016/j.actamat.2019.06.006.
  9. Jayaraj, J. Corrosion behavior and surface film characterization of TaNbHfZrTi high entropy alloy in aggressive nitric acid medium /j. Jayaraj, C. Thinaharan, S. Ningshen et al. // Intermetallics. - 2017. - V. 89. - P. 123-132. doi: 10.1016/j.intermet.2017.06.002.
  10. Manea, C.A. New HfNbTaTiZr high-entropy alloy coatings produced by electrospark deposition with high corrosion resistance / C.A. Manea, M. Sohaciu, R. Stefănoiu et al. // Materials. - 2021. - V. 14. - I. 15. - Art. № 4333. - 10 p. doi: 10.3390/ma14154333.
  11. Cheng, Z. Irradiation effects in high-entropy alloys and their applications / Z. Cheng, J. Sun, X. Gao et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2023. - V. 930. - Art. № 166768. - P.71. doi: 10.1016/j.jallcom.2022.166768.
  12. Slobodyan, M. Recent advances and outstanding challenges for implementation of high entropy alloys as structural materials / M. Slobodyan, E. Pesterev, A. Markov // Materials Today Communications. - 2023. - V. 36. - Art.№ 106422. - 82 p. doi: 10.1016/j.mtcomm.2023.106422.
  13. Koželj, P. Discovery of a superconducting high-entropy alloy / P. Koželj, S. Vortnik, A. Jelen et al. // Physical Review Letters. - 2014. - V. 113. - I. 10. - P. 107001-1-107001-5. doi: 10.1103/PhysRevLett.113.107001.
  14. Zýka, J. Structure and mechanical properties of TaNbHfZrTi high entropy alloy /j. Zýka, J. Málek, Z. Pala et al. // 24th International Conference on Metallurgy and Materials (Metal 2015), June 3-5, 2015, Brno, Czech Republic: conference paper. - Ostrava: TANGER Ltd., 2015. - P. 1687-1692.
  15. Eisenbarth, E. Biocompatibility of stabilizing elements of titanium alloys / E. Eisenbarth, D. Velten, M. Müller et al. // Biomaterials. - 2004. - V. 25. - I. 26. - P. 5705-5713. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.01.021.
  16. Grandin, H.M. A review of titanium zirconium (TiZr) alloys for use in endosseous dental implants / H.M. Grandin, S. Berner, M. Dard // Materials. - 2012. - V. 5. - I. 8. - P. 1348-1360. doi: 10.3390/ma5081348.
  17. Biesiekierski, A. A new look at biomedical Ti-based shape memory alloys / A. Biesiekierski, J. Wang, M.A.-H. Gepreel, C. Wen // Acta Biomaterialia. - 2012. - V.8. - I. 5. - P. 1661-1669. doi: 10.1016/j.actbio.2012.01.018.
  18. Alven, S. Electrospun nanofibers/nanofibrous scaffolds loaded with silver nanoparticles as effective antibacterial wound dressing materials / S. Alven, B. Buyana, Z. Feketshane, B.A. Aderibigbe // Pharmaceutics. - 2021. - V. 13. - I. 7. - Art. № 964. - 18 p. doi: 10.3390/pharmaceutics13070964.
  19. Lee, D. Preparation of antibacterial chitosan membranes containing silver nanoparticles for dental barrier membrane applications / D. Lee, S.J. Lee, J.-H. Moon et al. // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. - 2018. - V. 66. - P. 196-202. doi: 10.1016/j.jiec.2018.05.030.
  20. Canales, D.A. Fabrication and assessment of bifunctional electrospun poly(l-lactic acid) scaffolds with bioglass and zinc oxide nanoparticles for bone tissue engineering / D.A. Canales, N. Piñones, M. Saavedra et al. // International Journal of Biological Macromolecules. - 2023. - V. 228. - P. 78-88. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2022.12.195.
  21. Khan, A. ur R. Exploration of the antibacterial and wound healing potential of a PLGA/silk fibroin based electrospun membrane loaded with zinc oxide nanoparticles / A. ur R. Khan, K. Huang, Z. Jinzhong et al. // Journal of Materials Chemistry B. - 2021. - V. 9. - I. 5. - P. 1452-1465. doi: 10.1039/D0TB02822C.
  22. Al-Saeedi, S.I. Antibacterial potency, cell viability and morphological implications of copper oxide nanoparticles encapsulated into cellulose acetate nanofibrous scaffolds / S.I. Al-Saeedi, N.S. Al-Kadhi, G.M. Al-Senani et al. // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. - V. 182. - P. 464-471. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.04.013.
  23. Hashmi, M. Copper oxide (CuO) loaded polyacrylonitrile (PAN) nanofiber membranes for antimicrobial breath mask applications / M. Hashmi, S. Ullah, I.S. Kim // Current Research in Biotechnology. - 2019. - V. 1. - P. 1-10. doi: 10.1016/j.crbiot.2019.07.001.
  24. Rai, M. Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials / M. Rai, A. Yadav, A. Gade // Biotechnology Advances. - 2009. - V.27. - I. 1. - P. 76-83. doi: 10.1016/j.biotechadv.2008.09.002.
  25. Wang, L. The antimicrobial activity of nanoparticles: present situation and prospects for the future / L. Wang, C. Hu, L. Shao // International Journal of Nanomedicine. - 2017. - V. 12. - P. 1227-1249. doi: 10.2147/IJN.S121956.
  26. Lenis, J.A. Structure, morphology, adhesion and in vitro biological evaluation of antibacterial multi-layer HA-Ag-SiO2-TiN-Ti coatings obtained by RF magnetron sputtering for biomedical applications /j.A. Lenis, P. Rico, J.L.G. Ribelles et al. // Materials Science and Engineering: C. - 2020. - V. 116. - Art. № 111268. - 50 p. doi: 10.1016/j.msec.2020.111268.
  27. He, X. Biocompatibility, corrosion resistance and antibacterial activity of TiO2/CuO coating on titanium / X. He, G. Zhang, X. Wang et al. // Ceramics International. - 2017. - V. 43. - No. 18. - P. 16185-16195. doi: 10.1016/j.ceramint.2017.08.196.
  28. Heidenau, F. A novel antibacterial titania coating: metal ion toxicity and in vitro surface colonization / F. Heidenau, W. Mittelmeier, R. Detsch, M. Haenle, F. Stenzel, G. Ziegler, H. Gollwitzer // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2005. - V. 16. - I. 10. - P. 883-888. doi: 10.1007/s10856-005-4422-3.
  29. Ivanov, Yu.F. Structure and properties of a HfNbTaTiZr cathode and a coating formed through its vacuum arc evaporation / Yu.F. Ivanov, Yu.H. Akhmadeev, N.A. Prokopenko et al. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2023. - V. 87. - I. 2. suppl. - P. S250-S256. doi: 10.1134/S1062873823704701.
  30. Иванов, Ю.Ф. Особенности структурно-фазового состояния пленки на основе высокоэнтропийного сплава AlNbTiZiCu, синтезированной путем осаждения многоэлементной металлической плазмы / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Абзаев, А.А. Клопотов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 693-707. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.693.
  31. Binary alloy phase diagrams; ed. by T.B. Massalski: in 2 volumes. - Ohio: ASM International, Materials Park, 1986. - XIII+2224 p.
  32. Khegai, I.K. Examination of the Ti-Zr-Nb system / I.K. Khegai, P.B. Budberg // Russian Metallurgy (Metally). - 1971. - № 1. - P. 141-144.
  33. Arroyave, R. Kaufman L. Thermodynamic assessment of the Cu-Ti-Zr system / R. Arroyave, T.W. Eagar, L. Kaufman // Journal of Alloys and Compounds. - 2003. - V. 351. - I. 1-2. - P. 158-170. doi: 10.1016/S0925-8388(02)01035-6.
  34. Григорович, В.К. Периодический закон Менделеева и электронное строение металлов: К 100-летию со дня открытия периодического закона / В.К. Григорович; ред. А. М. Самарин. - М.: Наука, 1966. - 287 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».