Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Аморфно-кристаллические борсодержащие покрытия, сформированные ионно-плазменным методом

Ю.Ф. Иванов1, А.А. Клопотов2, В.В. Шугуров1, И.И. Ажажа1, Е.А. Петрикова1, О.С. Толкачев1, А.В. Никоненко3

1 ФГБУН Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН
2 ФГБОУВО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»
3 ФГБОУВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»

DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.725

Оригинальная статья

Аннотация: Методом ионно-плазменного высокочастотного напыления (магнетронное ВЧ-осаждение в условиях ионно-плазменного ассистирования при использовании генератора газовой (аргон) плазмы «ПИНК») на поверхности высокоэнтропийного сплава CoFeCrMnNi неэквиатомного состава сформированы борсодержащие покрытия элементного состава Al – Mg – B и Al – Mg – Ti – B толщиной 3 мкм. Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии установлено, что покрытия являются аморфно-кристаллическими, т.е. содержат наноразмерные 1,5-2 нм островки кристаллической фазы, расположенные в аморфной матрице. Показано, что осаждение покрытия сопровождается формированием в слое подложки (высокоэнтропийный сплав), примыкающем к покрытию, нанокристаллической структуры с размером кристаллитов 25-40 нм. На границах кристаллитов выявлены частицы борида железа состава FeB и Fe3B, что указывает на проникновение бора в подложку. Размеры частиц борида железа 5-8 нм.

Ключевые слова: ионно-плазменный метод, высокоэнтропийный сплав, системы пленка/подложка, борсодержащее покрытие, структура, механические и трибологические свойства

  • Иванов Юрий Федорович – д.ф.-м.н., главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН
  • Клопотов Анатолий Анатольевич – д.ф.-м.н., профессор кафедры прикладной механики и материаловедения, ФГБОУВО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»
  • Шугуров Владимир Викторович – научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН
  • Ажажа Иван Иванович – младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН
  • Петрикова Елизавета Алексеевна – младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН
  • Толкачев Олег Сергеевич – младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН
  • Никоненко Алиса Владимировна – к.т.н., доцент кафедры физики, ФГБОУВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»

Ссылка на статью:

Иванов, Ю.Ф. Аморфно-кристаллические борсодержащие покрытия, сформированные ионно-плазменным методом / Ю.Ф. Иванов, А.А. Клопотов, В.В. Шугуров, И.И. Ажажа, Е.А. Петрикова, О.С. Толкачев, А.В. Никоненко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 725-735. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.725.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Balusamy, T. Pack boronizing of AISI H11 tool steel: role of surface mechanical attrition treatment / T. Balusamy, T.S.N. Sankara Narayanan, K. Ravichandran et al. // Vacuum. – 2013. – V. 97. – P. 36-43. DOI: 10.1016/j.vacuum.2013.04.006.
2. Erdogan, A. Boriding temperature effect on micro-abrasion wear resistance of borided tool steel / A. Erdogan // Journal of Tribology. – 2019. – V. 141. – I. 12. – Art. № 121702. – 7 p. DOI: 10.1115/1.4044859.
3. Gok, M.S. Dry sliding wear behavior of borided hot-work tool steel at elevated temperatures / M.S. Gok, A. Erdogan, M. Oge et al. // Surface Coatings Technology – 2017. – V. 328. – P. 54-62. DOI: j.surfcoat.2017.08.008.
4. Subramanian, C. Development of boron based neutron absorber materials / C. Subramanian, A. K. Suri // Metals and Materials Processing. – 2004 – V. 16. – I. 1. – P. 39-52.
5. Fu, X. The Advancement of neutron shielding materials for the storage of spent nuclear fuel / X. Fu, Z. Ji, W. Lin et. al. // Science and Technology of Nuclear Installations. – 2021. – V. 2021. – Art. № 5541047. – 13 p. DOI: 10.1155/2021/5541047.
6. Иванов, А.А. Ускорительный источник нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии / А.А. Иванов, А.Н. Смирнов, С.Ю. Таскаев и др. // Успехи физических наук. – 2022. – Т. 192. – Вып. 8. – С. 891-912. DOI: 10.3367/UFNr.2021.02.038940.
7. Liu, D. Effects of boron content on microstructure and wear properties of FeCoCrNiBx high-entropy alloy coating by laser cladding / D. Liu, J. Zhao, Y. Li et al. // Applied Sciences. – 2020. – V. 10. – I. 1. – Art. № 49. – 11 p. DOI: 10.3390/app10010049.
8. Lindner, T. Surface hardening of FCC phase high-entropy alloy system by powder-pack boriding / T. Lindner, M. Löbel, B. Sattler et al. // Surface and Coatings Technology. – 2019. – V. 371. – P. 389-394. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.10.017.
9. Nakajo, H. Boronizing of CoCrFeMnNi high-entropy alloys using spark plasma sintering / H. Nakajo, A. Nishimoto // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2022. – V. 6. – I. 2. – Art. № 29. – 9 p. DOI: 10.3390/jmmp6020029.
10. Cengiz, S. The effect of Hf addition on the boronizing and siliciding behavior of CoCrFeNi high entropy alloys / S. Cengiz, M. Thuvander // Materials. – 2022. – V. 15. – I. 6. – Art. № 2282. – 17 p. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15062282.
11. Hou, J. Deformation behavior and plastic instability of boronized Al0.25CocrFeNi high-entropy alloys / J. Hou, J. Fan, H. Yang et al. // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. – 2020. – V. 27. – I. 10. – P. 1363-1370. DOI: 10.1007/s12613-020-1967-6.
12. Seol, J. Boron doped ultrastrong and ductile high-entropy alloys / J.B. Seol, B.J. Wung, Z.M. Li et al. // Acta Materialia. – 2018. – V. 151. – P. 366-376. DOI: 10.1016/j.actamat.2018.04.004.
13. Gromov, V.E. High-entropy alloys: structure and properties / V.E. Gromov, Yu.F. Ivanov, K.A. Osintsev et al. – Moscow: RuScience, 2022. – 204 p.
14. Devyatkov, V.N. Equipment and processes of vacuum electron-ion plasma surface engineering / V.N. Devyatkov, Yu.F. Ivanov, O.V. Krysina et al. // Vacuum. – 2017. – V. 143. – P. 464-472. DOI: 10.1016/j.vacuum.2017.04.016.
15. Nikitin, P.Yu. Energy-effective AlMgB14 production by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) using the chemical furnace as a source of heat energy / P.Yu. Nikitin, A.E. Matveev, I.A. Zhukov // Ceramics International. – 2021. –V. 47. – I. 15. – P. 21698-21704. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.04.183.
16. Nikitin, P. Experimental and theoretical study of ultra-Hard AlMgB14–TiB2 composites: structure, hardness and self-lubricity / P. Nikitin, I. Zhukov, D. Tkachev et. al. // Materials. – 2022. – V. 15. – I. 23. – Art. № 8450. – 12 p. DOI: 10.3390/ma15238450.
17. Witusiewicz, V.T. The Al–B–Nb–Ti system V. Thermodynamic description of the ternary system Al–B–Ti / V.T. Witusiewicz, A.A. Boundary, U. Hecht et al. //Journal of Alloys and Compounds. –2009. – V. 474. – I. 1-2. P. 86-104. DOI: 10.1016/j.jallcom.2008.06.128.
18. Raghavan, V. Al-B-Mg (aluminum-boron-magnesium) / V. Raghavan // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. –2010. – V. 31. – I. 3. – P.272-273. DOI: 10.1007/s11669-010-9675-y.
19. Higashi, I. Boron-rich crystals in Al–M–B (M=Li, Be, Mg) systems grown from high-temperature aluminium solutions / I. Higashi, M. Kobayashi, S. Okada et al. // Journal of Crystal Growth. – 1993. – V. 128. – I. 1-4. – Part 2. – P. 1113-1119. DOI: 10.1016/S0022-0248(07)80108-4.
20. Kubaschewski, O. The Al-B-Co System (aluminum-boron-cobalt) / O. Kubaschewski // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. – 1989. – V. 10. – I. 5. – P. 533-536. DOI: 10.1007/BF02882410.
21. Jeitschko, W. The crystal structure of Fe2AlB2 / W. Jeitschko // Acta Crystallography – 1969. – V. 25. – I. 1. – P. 163-165. DOI: 10.1107/S0567740869001944.
22. Chisholm, M.F. Fe16Al14B2 phase in Fe–Al alloys / M.F. Chisholm, G. Duscher, L.X. Pang, Kumar K.S. Kumar // Philosophical Magazine A. – 2000. – V. 80 – I. 11. – P. 2737-2745. DOI: 10.1080/01418610008216502
23. Чабан, Н.Ф. Тройные системы Cr–Al–B и Mn–Al–B / Н.Ф. Чабан, Ю.Б. Кузьма // Известия Академии наук СССР. Серия Неорганические материалы. – 1973. – Т. 9. – С. 1908-1911.
24. Кузьма, Ю.Б. Кристаллическая структура Cr3AlB4 / Ю.Б. Кузьма, П.И. Крипякевич, Н.Ф. Чабан // Материалы Академии наук Украины. Серия А. – 1972. – № 12. – С. 1118-1121. ()
25. Becher, H.J. Über das ternäre Borid Mn2AlB4 / H.J. Becher, K. Krogmann, E. Peisker // Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. –1966. – V. 344. – I. 3-4. – P. 140-147. DOI: 10.1002/zaac.19663440304 (In German).
26. Чабан, Н.Ф. Изотермические сечения систем (Co, Ni) – (Al, Si) / Н.Ф. Чабан, Ю.Б. Кузьма // Неорганические материалы. – 1973. – Т. 9. – С. 1886-1889.
27. Higashi, I. Crystal growth of borides and carbides of transition metals from molten aluminium solutions / I. Higashi, Y. Takahashi, T. Atoda // Journal of Crystal Growth. – 1976. – V. 33. – I. 2. – P. 207-211. DOI: 10.1016/0022-0248(76)90044-0.
28. Чабан, Н.Ф. Изотермические сечения в системах (Co, Ni) – (Al, Si) – B / Н.Ф. Чабан, Ю.Б. Кузьма // Известия Академии наук СССР. Серия Неорганические материалы. – 1973. – Т. 9. – С. 2136-2140.
29. Post, B. Transition Metal Diborides / B. Post, F.W. Glaser, D. Moskowitz // Acta Metallurgica. – 1954. – V. 2. – I. 1. – P. 20-25. DOI: 10.1016/0001-6160(54)90090-5.
30. Ottavi, L. Phase equilibria and solidification of Fe–Ti–B alloys in the region close to Fe–TiB2 / L. Ottavi, C. Saint-Yours, N. Valignant et al. // Zeitschrift für Metallkunde. – 1992. – V. 83. – I. 2. – P. 80-83. DOI: 10.1515/ijmr-1992-830203.
31. Клопотов, А.А. Структурно-фазовые состояния поверхностного слоя сплава Al-Si после электронноионно-плазменной обработки / А.А. Клопотов, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Петрикова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2014. – Вып. 6. – С. 162-170.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒