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
- Authors: Savostikov V.M.1, Leonov A.A.1, Denisov V.V.1, Denisova Y.A.1, Skosyrsky A.B.1,2, Shulepov I.A.3
- 
							Affiliations: 
							- Institute of High Current Electronics, Siberian Branch RAS
- National Research Tomsk State University
- Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch RAS
 
- Issue: No 6 (2023)
- Pages: 60-66
- Section: Articles
- URL: https://ruspoj.com/1028-0960/article/view/664552
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023060146
- EDN: https://elibrary.ru/DKLTHD
- ID: 664552
Cite item
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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Штанский Д.В., Левашов Е.А. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2001. № 3. С. 52.
- Musil J. // Surf. Coat. Technol. 2000. V. 125. P. 322. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00586-1
- 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
- Mayrhofer P.H., Stoiber M. // Surf. Coat. Technol. 2007. V. 201. P. 6148. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.08.132
- 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
- Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. Черноголовка: ИСМАН, 2002. 234 с.
- Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. М.: Машиностроение, 2007. 567 с.
- 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.
- Кирюханцев-Корнеев Ф.В. // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 3. С. 19.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- Leonov A.A., Abdulmenova E.V., Kalashnikov M.P. // Inorganic Materials: Appl. Res. 2021. V. 12. P. 482. https://doi.org/10.1134/S2075113321020313
- 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
- Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Москва: Металлургия, 1976. 560 с.
- Крагельский И.В., Добыгин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.
Supplementary files
 
				
			 
					 
						 
						 
						 
						 
									

 
  
  
  Email this article
			Email this article 
 Open Access
		                                Open Access Access granted
						Access granted Subscription or Fee Access
		                                							Subscription or Fee Access
		                                					






