Ионно-плазменное напыление антифрикционных покрытий AlMg14 и AlMgB14–50 масс. % TiB2

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

В статье представлены результаты исследований покрытий, полученных методом высокочастотного ионно-плазменного распыления порошковых керамических мишеней составов AlMgB14 и AlMgB14–50 масс. % TiB2 с последующим осаждением на твердосплавных подложках ВК-8. Установлено, что формируемые покрытия характеризуются аморфно-кристаллической структурой, в которой присутствуют межатомные связи B–B, B–O, Ti–O. Состав исходной мишени не оказывает существенного влияния на морфологию и шероховатость получаемых покрытий. Твердость покрытий составила до 35±2 ГПа, при наименьшем коэффициенте трения 0.12, для покрытий без добавления TiB2. При этом, установлено, что при использовании мишени AlMgB14–50 масс. % TiB2, формируемые покрытия характеризуются более высокими значениями адгезионной прочности и износостойкости.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. А. Ткачев

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Author for correspondence.
Email: d.tkachev11@gmail.com
Russian Federation, Томск

И. А. Жуков

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: d.tkachev11@gmail.com
Russian Federation, Томск

В. Д. Валихов

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: d.tkachev11@gmail.com
Russian Federation, Томск

В. В. Шугуров

Институт Сильноточной Электроники СО РАН

Email: d.tkachev11@gmail.com
Russian Federation, Томск

И. И. Ажажа

Институт Сильноточной Электроники СО РАН

Email: d.tkachev11@gmail.com
Russian Federation, Томск

Ю. Х. Ахмадеев

Институт Сильноточной Электроники СО РАН

Email: d.tkachev11@gmail.com
Russian Federation, Томск

References

  1. Martin J.-M. Superlubricity of Molybdenum Disulfide. In book: Superlubricity. Elsevier, 2007. P. 207.
  2. Kauffmann F. et al. A quantitative study of the hardness of a superhard nanocrystalline titanium nitride/silicon nitride coating // Scr. Mater. Elsevier BV. 2005. V. 52 (12). P. 1269.
  3. Pettersson M. et al. Mechanical and tribological behavior of silicon nitride and silicon carbon nitride coatings for total joint replacements // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2013. V. 25. P. 41.
  4. Tan S. et al. Comparison of chromium nitride coatings deposited by DC and RF magnetron sputtering // Thin Solid Films. 2011. V. 519 (7). P. 2116.
  5. Yuan Y., Li Z. Microstructure and tribology behaviors of in-situ WC/Fe carbide coating fabricated by plasma transferred arc metallurgic reaction // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 423. P. 13.
  6. Govande A. R. et al. Carbide-based thermal spray coatings: A review on performance characteristics and post-treatment // Int. J. Refract. Hard Met. 2022. V. 103 (105772). P. 105772.
  7. Mohammadtaheri M. et al. The effect of deposition parameters on the structure and mechanical properties of chromium oxide coatings deposited by reactive magnetron sputtering // Coatings. MDPI AG. 2018. V. 8 (3). P. 111.
  8. Pang X. et al. Interfacial microstructure of chromium oxide coatings // Adv. Eng. Mater. Wiley. 2007. V. 9 (7). P. 594.
  9. Dearnley P. A., Schellewald M., Dahm K. L. Characterisation and wear response of metal-boride coated WC–Co // Wear. Elsevier BV. 2005. V. 259 (7–12). P. 861.
  10. Ingole S. et al. Multi-scale wear of a boride coating on tungsten // Wear. Elsevier BV. 2005. V. 259 (7–12). P. 849.
  11. Hammer P. et al. Titanium boron nitride coatings of very high hardness // Surf. Coat. Technol. Elsevier BV. 1994. V. 68–69. P. 194.
  12. Ren Z. et al. A boron-doped diamond like carbon coating with high hardness and low friction coefficient // Wear. Elsevier BV. 2019. V. 436–437 (203031). P. 203031.
  13. Zia A. W. et al. The effect of two-step heat treatment on hardness, fracture toughness, and wear of different biased diamond-like carbon coatings // Surf. Coat. Technol. Elsevier BV. 2017. V. 320. P. 118.
  14. Voevodin A. A. et al. Mechanical and tribological properties of diamond-like carbon coatings prepared by pulsed laser deposition // Surf. Coat. Technol. Elsevier BV. 1995. V. 76–77. P. 534.
  15. Cook B. A. et al. A new class of ultra-hard materials based on AlMgB14 // Scr. Mater. Elsevier BV. 2000. V. 42 (6). P. 597.
  16. Grishin A. M. et al. Ultra-hard AlMgB14 coatings fabricated by RF magnetron sputtering from a stoichiometric target // JETP Lett. Pleiades Publishing Ltd. 2015. V. 100 (10). P. 680.
  17. Tian Y. et al. Superhard self-lubricating AlMgB14 films for microelectromechanical devices // Appl. Phys. Lett. AIP Publishing. 2003. V. 83 (14). P. 2781.
  18. Cook B. A. et al. Analysis of wear mechanisms in low-friction AlMgB14–TiB2 coatings // Surf. Coat. Technol. 2010. V. 205 (7). P. 2296.
  19. Qu J. et al. Tribological Characteristics of AlMgB14 and Nanocomposite AlMgB14-TiB2 Superhard Coatings // STLE/ASME2008 Int. Joint Tribology Conf. ASMEDC, 2008.
  20. Cook B. A. et al. Enhanced wear resistance in AlMgB14–TiB2 composites // Wear. 2011. V. 271 (5). P. 640.
  21. Nikitin P. Y., Matveev A. E., Zhukov I. A. Energy-effective AlMgB14 production by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) using the chemical furnace as a source of heat energy // Ceram. Int. Elsevier BV. 2021. V. 47 (15). P. 21698.
  22. Shugurov V. V. et al. Deposition of AlMgB14 films by sputtering in a non-self-sustained high-frequency discharge // J. Phys. Conf. Ser. IOP Publishing. 2021. V. 1954. № 1. P. 012042.
  23. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Mater. Res. Springer Science and Business Media LLC. 1992. V. 7 (6). P. 1564.
  24. Белов В. К. и др. Определение адгезионных характеристик покрытий с использованием современного скретч теста. Часть 1. Возможности использования современного скретч теста для определения адгезионных свойств покрытий // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. № 2. С. 143.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM image and EDS mapping of the AlMgB14-based coating.

Download (186KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. SEM image and EDS mapping of the coating based on AlMgB14–50 wt.% TiB2.

Download (173KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. AFM images of the coating surface: (a) – based on AlMgB14; (b) – based on AlMgB14–50 wt. % TiB2.

Download (87KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diffraction patterns of coatings obtained at a bias voltage of 100 V using AlMgB14 and AlMgB14–50 wt.% TiB2 targets.

Download (62KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diffraction pattern of the AlMgB14-based coating on a VK-8 hard alloy substrate, taken with an exposure of 20 s.

Download (31KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Raman spectra of AlMgB14 materials: 1 – hot pressing; 2 – powder.

Download (47KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Raman spectra of AlMgB14 materials and a substrate based on BK-8: 1 — AlMgB4 coating; 2 — BK-8.

Download (36KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Raman spectra of the coating and hot-pressed material based on AlMgB14: 1 — AlMgB14 coating; 2 — AlMgB14.

Download (36KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Raman spectra of the AlMgB14–50 wt.% TiB2 coating.

Download (24KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Results of the scratch test (acoustic emission graphs) of AlMgB14 and AlMgB14–50 wt.% TiB2 coatings and optical images of the microstructure at individual points of the indenter movement.

Download (218KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Substrate friction coefficient: 1 — VK-8; 2 — AlMgB14–50 wt. % TiB2 coating; 3 — AlMgB14 coating.

Download (83KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences