Study of the Physical and Mechanical Properties of Coatings Obtained by Vacuum-Arc Spraying of Ti–B–Si–Ni Cathodes Manufactured Using Self-Propagent High-Temperature Synthesis and Pressing

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents the results of a study of vacuum-arc coatings obtained by sputtering Ti–B–Si–Ni cathodes, manufactured by the method of self-propagating high-temperature synthesis with simultaneous pressing. The techniques for manufacturing cathodes of the indicated composition were characterized; the modernized NNV 6.6-I1 device, the conditions and modes of coating deposition in an argon atmosphere and in a nitrogen + argon gas mixture in a ratio of 90/10 were described. To study the physical and mechanical properties of the resulting coatings, the hardness was measured at different loads on the indenter; the strength of adhesion to the base was assessed by the Rockwell method; the elemental composition of the cathodes and the (Ti–B–Si–Ni)N coating was determined by Auger spectroscopy and the phase composition of the (Ti–B–Si–Ni)N coating was determined by X-ray phase analysis; a study of the properties of the coating (Ti–B–Si–Ni) was carried out by the scratching method (scratch testing). As a result of a comprehensive analysis of the results obtained, it was concluded that the high hardness of the (Ti–B–Si–Ni)N coating (more than 40 GPa) is due to its composition, which includes both nitrides and highly hard titanium borides. The heterophasic nature of the structure of this coating can serve as a contribution to the stressed state of the material. The coating has a gradient-layered structure. The material contains a Ti–B–Si–Ni layer bonding with the substrate and the main functional layer (Ti–B–Si–Ni) N. The coating has both high hardness and sufficient adhesion to the substrate (adhesion) determined by the scratch testing. The combination of these properties makes the material promising for its practical application in the production of tools.

About the authors

V. M. Savostikov

Institute of High Current Electronics, Siberian Branch RAS

Author for correspondence.
Email: svm.53@mail.ru
Russia, 634055, Tomsk

A. A. Leonov

Institute of High Current Electronics, Siberian Branch RAS

Author for correspondence.
Email: laa-91@yandex.ru
Russia, 634055, Tomsk

V. V. Denisov

Institute of High Current Electronics, Siberian Branch RAS

Email: laa-91@yandex.ru
Russia, 634055, Tomsk

Yu. A. Denisova

Institute of High Current Electronics, Siberian Branch RAS

Email: laa-91@yandex.ru
Russia, 634055, Tomsk

A. B. Skosyrsky

Institute of High Current Electronics, Siberian Branch RAS; National Research Tomsk State University

Email: laa-91@yandex.ru
Russia, 634055, Tomsk; Russia, 634050, Tomsk

I. A. Shulepov

Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch RAS

Email: laa-91@yandex.ru
Russia, 634055, Tomsk

References

  1. Колубаев А.В., Сизова О.В., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Терюкалова Н.В., Новицкая О.С., Белый А.В. // Физическая мезомеханика. 2022. Т. 25. № 2. С. 35. https://www.doi.org/10.55652/1683-805X_2022_25_2_35
  2. Колубаев А.В., Сизова О.В., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Терюкалова Н.В., Белый А.В. // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2020. Т. 22. № 4. С. 137. https://www.doi.org/10.17212/1994-6309-2020-22.4-137-150
  3. Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Москвичев Е.Н., Новицкая О.С., Княжев Е.О., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Денисов В.В. // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2022. Т. 24. № 1. С. 87. https://www.doi.org/10.17212/1994-6309-2022-24.1-87-102
  4. Тересов А.Д., Денисова Ю.А., Денисов В.В., Леонов А.А., Петрикова Е.А., Ковальский С.С. // Известия высших учебных заведений. Физика. 2021. Т. 64. № 11(768). С. 164. https://www.doi.org/10.17223/00213411/64/11/164
  5. Штанский Д.В., Левашов Е.А. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2001. № 3. С. 52.
  6. Musil J. // Surf. Coat. Technol. 2000. V. 125. P. 322. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00586-1
  7. Daniel R., Musil J., Zeman P., Mitterer C. // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 201. P. 3368. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.206
  8. Mayrhofer P.H., Stoiber M. // Surf. Coat. Technol. 2007. V. 201. P. 6148. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.08.132
  9. Martin P.J., Bendavid A., Cairney J.M., Hoffman M. // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 200. P. 2228. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.06.012
  10. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. Черноголовка: ИСМАН, 2002. 234 с.
  11. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. М.: Машиностроение, 2007. 567 с.
  12. Патент 2 305 717 (РФ). Мишень для получения функциональных покрытий и способ ее изготовления / Московский государственный институт стали и сплавов. Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Штанский Д.В., Сенатулин Б.Р. // 2007. № 25. С. 19.
  13. Кирюханцев-Корнеев Ф.В. // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 3. С. 19.
  14. Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Сытченко А.Д., Левашов Е.А., Лобова Т.А. // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020. № 2. С. 64. https://www.doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-64-72
  15. Патент 2 370 570 (РФ). Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из сталей и твердых сплавов / Томский государственный университет. Савостиков В.М., Сергеев С.М., Пинжин Ю.П. // 2009. № 29. С. 9.
  16. Патент 2 502 828 (РФ). Способ нанесения антифрикционного износостойкого покрытия на титановые сплавы / Томский государственный университет. Савостиков В.М., Табаченко А.Н., Потекаев А.И., Дударев Е.Ф. // 2013. № 36. С. 19.
  17. Потекаев А.И., Табаченко А.Н., Савостиков В.М., Дударев Е.Ф., Бакач Г.П., Скосырский А.Б. // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 2. С. 77.
  18. Алтухов С.И., Ермошкин А.А., Сметанин К.С., Федотов А.Ф., Лавро В.Н., Латухин Е.И., Амосов А.П. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 4. С. 77.
  19. Алтухов С.И., Амосов А.П., Асмолов А.Н., Богданович В.И., Ермошкин А.А., Захаров Д.А., Круцило В.Г., Латухин Е.И., Федотов А.Ф. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. № 6(3). С. 568.
  20. Денисов В.В., Денисова Ю.А., Варданян Э.Л., Островерхов Е.В., Леонов А.А., Савчук М.В. // Известия высших учебных заведений. Физика. 2021. Т. 64. № 1(757). С. 125. https://www.doi.org/10.17223/00213411/64/1/125
  21. Савостиков В.М., Денисова Ю.А., Денисов В.В., Леонов А.А., Овчинников С.В., Савчук М.В. // Известия высших учебных заведений. Физика. 2021. Т. 64. № 12(769). С. 43. https://www.doi.org/10.17223/00213411/64/12/43
  22. Panin V.E., Shulepov I.A., Narkevich N.A., Botaeva L.B. // Physical Mesomechanics. 2021. V. 24. P. 131. https://www.doi.org/10.1134/S1029959921020028
  23. Леонов А.А., Абдульменова Е.В., Калашников М.П., Ли Ц. // Вопросы материаловедения. 2020. № 4(104). С. 132. https://www.doi.org/10.22349/1994-6716-2020-104-4-132-143
  24. Leonov A.A., Abdulmenova E.V., Kalashnikov M.P. // Inorganic Materials: Appl. Res. 2021. V. 12. P. 482. https://doi.org/10.1134/S2075113321020313
  25. Леонов А.А., Абдульменова Е.В., Рудмин М.А., Ли Ц. // Письма о материалах. 2021. Т. 11. № 4(44). С. 452. https://www.doi.org/10.22226/2410-3535-2021-4-452-456
  26. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Москва: Металлургия, 1976. 560 с.
  27. Крагельский И.В., Добыгин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (366KB)
3.

Download (76KB)
4.

Download (109KB)
5.

Download (2MB)
6.

Download (70KB)
7.

Download (140KB)
8.

Download (287KB)

Copyright (c) 2023 В.М. Савостиков, А.А. Леонов, В.В. Денисов, Ю.А. Денисова, А.Б. Скосырский, И.А. Шулепов

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».