Структура покрытия Ti-Si-B, синтезированного вакуумно-дуговым плазменно-ассистированным методом на твердотельной подложке
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_832657Ключевые слова:
многоэлементный состав, наноструктурированное покрытие, выкуумно-дуговой метод, плазменное ассистирование, фазовый состав, дефектная субструктураАннотация
Проведен анализ тройной диаграммы состояния системы Ti-Si-B и выявлена принципиальная возможность образования двух трехкомпонентных соединений состава (Ti5Si3(B), Ti6Si2B). Продемонстрирована возможность формирования вакуумно-дуговым методом с плазменным ассистированием наноструктурированных (размер кристаллитов 2,5-3,5 нм) многоэлементных (Ti-Si-B) покрытий сложного фазового состава. Для генерации потока металлической плазмы использован дуговой испаритель с цилиндрическим многокомпонентным катодом, представляющим собой соединение титана, кремния и бора в равных пропорциях, а также источник газовой плазмы (аргон) с накаленным и полым катодом «ПИНК».Библиографические ссылки
Hocking M.G., Vasantasree V., Sidky P.S. Metallic and ceramic coatings: Production, high temperature properties and applications. Harlow, Essex: Longman Scientific & Technical Ltd, 1989. 516 р.
Kazmanli M.K., Urgen M., Cakir A.F. Effect of nitrogen pressure, bias voltage and substrate temperature on the phase structure of Mo–N coatings produced by cathodic arc PVD // Surface and Coatings Technology. 167, 77–82 (2003).
Krysina O.V., Koval N.N., Lopatin I.V., Shugurov V.V. Generation of low-temperature low-pressure arc discharge plasma for the synthesis of wear-resistant nitride coatings // Izvestiya Vuzov. Fizika. 11/3, 88–92 (2014). (In Russian) [Крысина О.В., Коваль Н.Н., Лопатин И.В., Шугуров В.В. Генерация низкотемпературной плазмы дуговых разрядов низкого давления для синтеза износостойких нитридных покрытий // Известия Вузов. Физика. 11/3, 88–92 (2014)].
Musil J., Čerstvý R., Pogrebnjak A.D. Thermal stability of hard tantalum boride films // High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes. 24(3), 193–200 (2020).
Veprek S., Veprek-Heijman M. G.J., Karvankova P., Prochazka J. Different approaches to superhard coatings and nanocomposites // Thin Solid Films. 476, 1–29 (2005).
Musil J. Hard and Superhard Nanocomposite Coatings // Surface and Coatings Technology. 125, 322–330 (2000).
PalDey S., Deevi S.C. Properties of single layer and gradient (Ti,Al)N coatings // Materials Science and Engineering. A361, 1–8 (2003).
Musil J., Vlcek J. and Zeman P. Hard Amorphous Nanocomposite Coatings with Oxidation Resistance above 1000°C // Advances in Applied Ceramics. 107, 148–154 (2008).
Musil J., Novák P., Čerstvý R., Soukup Z. Tribological and mechanical properties of nanocrystalline- TiC/a-C nanocomposite thin films // Journal of Vacuum Science & Technology A. 28(2), 244–249 (2010).
Veprek S., Reiprich S. Concept for the Design of Novel Superhard Coatings // Thin Solid Films. – 1995. – Vol. 268. – Р. 64–71.
Musil J., Baroch P., Zeman P. Hard nanocomposite coatings. Present status and trends // Research Singpost, India. – 2008. - Р. 1-34.
Gutschka C., Zauner L., Glechner T., et al. Metastable AlB2 structured TM-Si-B2±z (TM = Ti, Zr, Hf) solid solutions from first-principles // Acta Materialia. 289, 120857 (2025). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120857.
Audronis M., Leyland A., Matthews A., et al. The structure and mechanical properties of Ti-Si-B coatings deposited by DC and pulsed-DC unbalanced magnetron sputtering // Plasma Processes and Polymers. 4(S1), 5687–5692 (2007). https://doi.org/10.1002/ppap.200731706.
Glechner T., Oemer H.G., Wojcik T., et al. Influence of Si on the oxidation behavior of TM-Si-B2±z coatings (TM = Ti, Cr, Hf, Ta, W) // Surface & Coatings Technology. 434, 128178 (2022). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128178.
Glechner T., Hahn R., Zauner L., et al. Structure and mechanical properties of reactive and non-reactive sputter deposited WC based coatings // Journal of Alloys and Compounds. 885, 161129 (2021).
Grančič B., Mikula M., Roch T., et al. Effect of Si addition on mechanical properties and high temperature oxidation resistance of Ti–B–Si hard coatings // Surface and Coatings Technology. 240, 48–54 (2014). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.12.011.
Thörnberg J., Palisaitis J., Hellgren N., et al. Microstructure and materials properties of understoichiometric TiBx thin films grown by HiPIMS // Surface and Coatings Technology. 404, 126537 (2020). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126537.
Palisaitis J., Dahlqvist M., Hall A.J., et al. Where is the unpaired transition metal in substoichiometric diboride line compounds? // Acta Materialia. 204, 116510 (2021). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116510.
Lepakova O.K., Karakchieva N.I., Golobokov N.N., et al. High-temperature synthesis of Ti – Si – B and Ti – Al – B composites and coatings // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 29, 150–156 (2020).
Shulov V.A., Bytsenko O.A., Teryayev D.A. Production of nanocrystalline erosion- and corrosion-resistant coatings containing a MAX phase on the surface of titanium alloy components // Vestnik MAI. 17(3), 168–177 (2010). (In Russian) [Шулов В.А., Быценко О.А., Теряев Д.А. Получение нанокристаллических эрозионно-коррозионно-стойких покрытий, содержащих МАХ-фазу, на поверхности деталей из титановых сплавов // Вестник МАИ. 17(3), 168–177 (2010)].
Ramos A.S., Baldan R., Nunes C.A., et al. Isothermal section of the Ti-Si-B system at 1250 °C in the Ti-TiSi2-TiB2 region // Materials Research. 17(2), 392–396 (2014). http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392013005000172.
Barvinok V.A., Bogdanovich V.I. Physical principles and mathematical modeling of vacuum ion-plasma deposition processes. Moscow: Mashinostroenie, 1999. 309 p. (In Russian) [Барвинок В.А., Богданович В.И. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления. М.: Машиностроение, 1999. 309 с.].
Berlin E.V., Seidman L.A. Ion-plasma processes in thin-film technology. Moscow: Tekhnosfera, 2010. 528 p. (In Russian) [Берлин Е.В., Сейдман Л.А. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологии. Москва: Техносфера, 2010. 528 с.].
Andreev A.A., Sablev L.P., Shulaev V.M., Grigoriev S.N. Vacuum-arc devices and coatings. Kharkov: NSC Khakov Institute of Physics and Technology, 2005. 236 p. (In Russian) [Андреев А.А., Саблев Л.П., Шулаев В.М., Григорьев С.Н. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. 236 с.].
Vintizenko L.G., Grigoriev S.V., Koval N.N., et al. Low-pressure hollow-cathode arc discharges and their application in plasma generators and charged-particle sources // Izvestiya VUZov. Fizika. 44(9), 28–35 (2001). (In Russian) [Винтизенко Л.Г., Григорьев С.В., Коваль Н.Н., Толкачев В.С., Лопатин И.В., Щанин П.М. «Дуговые разряды низкого давления с полым катодом и их применение в генераторах плазмы и источниках заряженных частиц // Известия ВУЗов. Физика. 44(9), 28–35 (2001)].
Ramos A.S., Nunes C.A., Rodrigues G., et al. Ti₆Si₂B, new ternary phase in the B-Si-Ti system // Intermetallics. 12(5), 487–491 (2004).
Velikanova T.Ya., Bondar A.A., Artyukh L.V., et al. Titanium-boride composites: Influence of alloying on constitution and properties of titanium-boride eutectic alloys in metallic materials with high structural efficiency. Dordrecht, Boston, London: Kluver Academic Publishers, 2004. P. 259–268.
Bondar A.A., Artyukh L.V., Velikanova T.Ya., Witusiewicz V.T., Unpublished results. Kyiv (Ukraine): Frantsevych Institute for Problems of Materials Science; Aachen (Germany): ACCESS e.V., 2008.
Villars P., Calvert L.D. Pearson's handbook of crystallography data for intermetallic phases. Ohio: Metals Park, 1985. Vols. 1, 2, 3. 3258 p.
Yang Y., Chang Y.A., Tan L. Thermodynamic modeling and experimental investigation of the Ti-rich corner of the Ti–Si–B system // Intermetallics. 13(10), 1110–1115 (2005).
