J 2024

Effect of Nb incorporation in Mo BC coatings on structural and mechanical properties — Ab initio modelling and experiment

ŽENÍŠEK, Jaroslav, Pavel SOUČEK, Pavel ONDRAČKA, Zsolt CZIGÁNY, Vilma BURŠÍKOVÁ et. al.

Základní údaje

Originální název

Effect of Nb incorporation in Mo BC coatings on structural and mechanical properties — Ab initio modelling and experiment

Autoři

ŽENÍŠEK, Jaroslav (203 Česká republika, garant, domácí), Pavel SOUČEK (203 Česká republika, domácí), Pavel ONDRAČKA (203 Česká republika, domácí), Zsolt CZIGÁNY, Vilma BURŠÍKOVÁ (203 Česká republika, domácí), David HOLEC, Katalin BALÁZSI a Petr VAŠINA (203 Česká republika, domácí)

Vydání

Acta Materialia, Elsevier Ltd, 2024, 1359-6454

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

20506 Coating and films

Stát vydavatele

Velká Británie a Severní Irsko

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 9.400 v roce 2022

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

001197717400001

Klíčová slova anglicky

X2BC; Sputter deposition; Ab initio calculations; Elastic properties

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 16. 4. 2024 10:43, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

V originále

This article presents theoretical and experimental findings on the stability of orthorhombic (Mo1−xNbx)2BC phase in magnetron sputtered coatings, where molybdenum is gradually replaced by niobium. Magnetron co-sputtering of Mo2BC and Nb2BC targets was used to best preserve the metal/non-metal ratio of 1/1. The theoretical calculations were based on replacing Mo atoms in orthorhombic Mo2BC cell, thus creating a (Mo1-xNbx)2BC solid solution. It is predicted to be stable up to 37.5% of Mo atoms replaced by Nb, at which point also the elastic modulus and the shear modulus are the highest. Simultaneously, the enthalpy of formation of this material suggests that it should be more stable than, e.g. the commonly used and studied TiAlN. Experiments have confirmed that orthorhombic (Mo1-xNbx)2BC does not form at high Nb contents, and fcc NbC-like structure was observed instead. All coatings were shown to be columnar with grains in the nanometre range with amorphous regions between the columns. This led to reduced stability of the orthorhombic Mo2BC-like phase compared to the theoretical calculations. At the limit of the stability of the orthorhombic cell, the hardness of the coating was enhanced by 25% and the elastic modulus by 60%. Ab initio calculations indicate that lattice strain is responsible for the mechanical properties’ enhancement.

Návaznosti

EH22_010/0003229, projekt VaV
Název: MSCAfellow5_MUNI
LM2023039, projekt VaV
Název: Centrum výzkumu a vývoje plazmatu a nanotechnologických povrchových úprav
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, R&D centre for plasma and nanotechnology surface modifications
8J21AT013, projekt VaV
Název: Studium povlakových materiálů na bázi X-B-C pomocí ab-initio výpočtů
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Studium povlakových materiálů na bázi X-B-C pomocí ab initio výpočtů, Rakousko
90254, velká výzkumná infrastruktura
Název: e-INFRA CZ II