CC BY
108
УДК 621.763
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СВС-ПРЕССОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ КАТОДОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Ti-B ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ ПОКРЫТИЙ
© 2011 С.И. Алтухов, А.А. Ермошкин, К.С. Сметанин, А.Ф. Федотов, В.Н. Лавро, Е.И. Латухин, А.П. Амосов
Самарский государственный технический университет
Поступила в редакцию 04.02.2011
Исследовано влияние составов алюминий- и кремнийсодержащих материалов системы Ti - B на технологические свойства СВС-прессованных катодов для нанесения вакуумно-дуговых покрытий. Для получения бездефектных заготовок и катодов шихта рабочего слоя должна составляться из расчета достаточного содержания в продуктах СВС титановой связки. В системе Ti - B - Al расчетная массовая концентрация свободного титана должна составлять не менее 35%; в системе Ti - B - Si - не менее 10%. Система Ti - B - Al - Si исследованных составов является нетехнологичной как при СВС-прес-совании многослойных заготовок, так и при их механической обработке.
Ключевые слова: СВС-прессование, многокомпонентные катоды, вакуумно-дуговые покрытия.
Современная машиностроительная промышленность уделяет особое внимание повышению надежности и производительности металлорежущего инструмента. В связи с этим разработка новых износостойких покрытий, обладающих высокими твердостью, трещиностойкостью и адгезионной прочностью является актуальной задачей. В последнее время в мире ведутся интенсивные исследования по получению сверхтвердых нанокомпозитных покрытий. Среди существующих методов наибольшее распространение получил метод нанесения покрытий из потоков металлической плазмы вакуумной дуги [1]. Получение нанокомкомпозитных покрытий вакуумно-дуговым методом требует осаждения на подложку многокомпонентных потоков плазмы. Эти потоки могут быть получены одновременным испарением раздельных однокомпонен-тных катодов или одного многокомпонентного
Алтухов Сергей Игоревич, аспирант кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы». E-mail: altuhov_serg@mail.ru
Ермошкин Андрей Александрович, аспирант, ассистент той же кафедры. E-mail: ermandr@ya.ru Сметанин Кирилл Сергеевич, аспирант, инженер той же кафедры. E-mail: smks@inbox.ru
Федотов Александр Федорович, доктор технических наук, профессор кафедры «Механика». E-mail: a.fedotov50@mail.ru
Лавро Виктор Николаевич, доцент кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы». E-mail: lavro7@mail.ru
Латухин Евгений Иванович, кандидат технических наук, доцент той же кафедры. E-mail: evgelat@yandex.ru Амосов Александр Петрович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы», E-mail: mvm@samgtu.ru
катода, содержащего компоненты наносимого покрытия. При использовании раздельных катодов необходимый элементный состав потока достигается сложным и трудоемким подбором технологических режимов распыления каждого из катодов, состава и давления реакционного газа. В этой связи интерес представляют исследования, в которых нанокомпозитные покрытия получают на промышленных установках при испарении одного многокомпонентного катода.
Главным недостатком вакуумно-дугового метода является наличие в плазме большого количества микрокапель испаряемого материала катода, существенно ухудшающих качество и эксплуатационные свойства покрытия. Эта проблема решается путем использования разнообразных устройств для сепарации плазмы, что существенно усложняет и удорожает вакуумно-дуговые установки. Количество капельной фазы уменьшается при росте температуры плавления катодного материала. Поэтому научный и практический интерес представляет изучение возможности получения вакуумно-дуговых нано-композитных покрытий из многокомпонентных катодов на основе металлоподобных тугоплавких соединений переходных металлов, в частности карбидов и боридов титана.
Традиционно композиционные материалы на основе тугоплавких соединений получают спеканием или горячим прессованием. Эти технологии являются энергоемкими, многостадийными, требуют дорогостоящих печей с защитной атмосферой или вакуумом. Кроме того, сами тугоплавкие компоненты композиционного материала получают в основном также энергоемким печным синтезом. Альтернативой технологиям
печного синтеза и спекания служит самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) [2]. В основе СВС лежат реакции экзотермического взаимодействия химических элементов или соединений, протекающих в режиме горения. Процесс синтеза целевого продукта идет за счет тепла химических реакций и не требует внешней энергии для нагрева. Высокая температура СВС-процесса (2000 оС и выше) обеспечивает синтез многокомпонентных и композиционных материалов на основе тугоплавких соединений непосредственно в волне горения. Высокоэкзотермические реакции позволяют вводить в порошковую смесь реагентов инертные компоненты и получать самые разнообразные по составу материалы.
Проведение в одной установке сначала СВС композиционного материала, а затем силового уплотнения горячих продуктов синтеза (технология СВС-прессования) позволяет в одну стадию получать высокоплотные заготовки из материалов на основе тугоплавких соединений [3]. Синтез целевого материала из шихтовой заготовки в режиме горения происходит за 5 - 10 с, а продолжительность одного цикла СВС-прессования составляет не более 10 - 15 мин. Изготовление аналогичной заготовки спеканием инертных порошков под давлением длится несколько часов.
Катоды электродуговых испарителей, охлаждаются водой и имеют сложную форму. Методом СВС-прессования невозможно получить высокоплотный монолитный катод требуемой формы. Поэтому в настоящее время из СВС-материалов изготавливаются фрагменты простой формы в виде пластин, которые механически или пайкой крепятся к водоохлаждаемому медному катоду при магнетронном напылении [4] или к специальной водоохлаждаемой державке при вакуумно-дуговом напылении [5]. При этом механическое крепление не обеспечивает эффективного охлаждения катода или мишени, а для соединения пайкой материалов на основе тугоплавких соединений необходимо применять специальные дорогостоящие припои, а также специальное оборудование и энергозатраты на нагрев соединяемых деталей. В этой связи желательно осуществить соединение продуктов СВС с водоохлаждаемым элементом в одну стадию непосредственно при синтезе катодного материала.
Анализ известных результатов исследований составов и свойств многокомпонентных вакуум-но-дуговых покрытий на основе титана показывает, что в настоящее время наиболее перспективными для получения нанокомпозитных покрытий являются алюминий- и кремнийсодержащие катоды [6 - 9]. В работах [10, 11] разработана технология получения многокомпонентных СВС-прес-
сованных катодов в системе Т1 - С на основе не-стехиометрического карбида титана ТЮ0 Были получены катодные СВС-материалы на основе нестехиометрического карбида титана Т1С05 с максимальным содержанием алюминия 35% и кремния 25%. (Здесь и далее указываются массовые концентрации компонентов). В настоящей работе исследовано влияние составов алюминий-и кремнийсодержащих многокомпонентных материалов системы Т1 - В на технологические свойства СВС-прессованных катодов электродуговых испарителей.
Конструктивно СВС-прессованный катод представляет собой четырехслойное функционально-градиентное изделие [11] и состоит из металлического основания и трех слоев продуктов СВС: рабочего слоя, промежуточного слоя и СВС-припоя (рис. 1). Рабочий слой является собственно многокомпонентным испаряемым материалом, СВС-припой обеспечивает соединение продуктов синтеза с металлическим основанием, промежуточный слой имеет повышенную пластичность и соединяет рабочий слой и СВС-припой. Металлическое основание с водоохлаж-даемой донной частью изготавливается из нержавеющей стали 12Х8Н9Т. Бездефектный СВС-прессованный катод с рабочим слоем на основе карбида титана ТЮ0 5 массой 70 г получается при использовании СВС-припоя Т1В2 + 45% Си массой 30 г и промежуточного слоя Т1В2 + 75% (Си - 30% N1) массой 15 г [11]. Этот технологический вариант использовался и при получении многокомпонентных СВС-прессованных катодов в системе Т1-В.
При составлении экзотермических шихт использовались порошки следующих марок: титан ПТС; алюминий ПА-4, кремний КР-0, медь ПМС-1, никель электролитический ПНЭ-1 и бор аморфный коричневый. Дозировка компонентов шихты осуществлялась с точностью 0,1 г. Приготовление экзотермической шихты массой 0,2 кг заданного состава производилось в шаровой мельнице объемом 1 л при соотношении масс шаров и шихты 3:1. Время смешивания состав-
3
Рис. 1. Конструкция четырехслойного СВС-прессованного катода 1 - металлическое основание; 2 - СВС-припой; 3 - рабочий слой; 4 - промежуточный слой
ляло 4 часа. Из шихтовых смесей односторонним прессованием в цилиндрической матрице получали трехслойные шихтовые заготовки диаметром 54 мм с относительной плотностью 0,5 - 0,55. Синтез и силовое компактирование горячих продуктов синтеза осуществляли в цилиндрической пресс-форме-реакторе диаметром 125 мм на гидравлическом прессе модели Д-1932. Силовые параметры процесса во всех экспериментах были неизменными и составляли: давление подпрес-совки 18 МПа, максимальной давление прессования 125 МПа. После извлечения из пресс-формы-реактора СВС-прессованные заготовки помещали в печь, предварительно разогретую до температуры 700 - 750 °С, и затем охлаждали вместе с печью до комнатной температуры.
Анализ результатов экспериментальных исследований по получению многослойных катодов методом СВС-прессования позволил выделить три основных вида неустранимых дефектов:
1) отсутствие бездефектного соединения (сварки) рабочего слоя с остальными функциональными слоями;
2) растрескивание рабочего слоя при охлаждении синтезированной заготовки до комнатной температуры при бездефектном соединении функциональных слоев;
3) образование макротрещин в рабочем слое при механической обработке бездефектных заготовок.
Первые два дефекта характеризуют низкую технологичность материала рабочего слоя при СВС-прессовании; третий вид - при механической обработке заготовок.
В первой серии экспериментов рабочий слой синтезировали из СВС-материала на основе ди-борида титана Т1В2, образующегося в результате экзотермической реакции Т1 + 2В = Т1В2. Температура горения этой реакции составляет Т = 2920 °С [2]. Рассматривали два расчетных состава с алюминием: Т1В2 + 20% А1 и Т1В2 + 30% А1 и один состав с кремнием: Т1В2 + 20% 81. При указанном содержании алюминия и кремния в рабочем слое на основе нестехиометрического карбида титана Т1С05 были получены бездефектные катоды. Однако в случае рабочего слоя на основе диборида титана при охлаждении заготовок происходило
разрушение по контактной поверхности и прилегающих к ней объемам промежуточного и рабочего слоев. Сам рабочий слой имеет очень высокую хрупкость и в его объеме образуется множество глубоких радиальных макротрещин.
С целью уменьшения хрупкости во второй серии экспериментов рабочий слой формировался на основе моноборида титана Т1В. Микротвердость моноборида титана составляет Нм = 27,5 ГПа и меньше микротвердости диборида титана, которая равна Нм = 33,7 ГПа. Соответственно моноборид титана более пластичен, чем диборид титана. Моноборид титана образуется в результате экзотермической реакции Т1 + В = Т1В. Тепловой эффект образования моноборида Т1В меньше, чем тепловой эффект образования ди-борида Т1В2 и температура горения составляет Тг = 2300 °С [2]. Были синтезированы катоды с различными расчетными составами рабочего слоя в системах Т1 - В - А1, Т1 - В - 81 и Т1 - В - А1 - 81 (табл. 1). Рассматривали два расчетных варианта присутствия алюминия в материале рабочего слоя - в виде химического элемента и в виде компонента химического соединения, которым являлся алюминид титана Т104А106.
Результаты экспериментов показали, что для всех исследованных составов рабочего слоя на основе моноборида Т1В, как и для составов на основе диборида Т1В2, не обеспечивается прочное и бездефектное соединение рабочего и промежуточного слоев. При этом происходит разрушение объемов рабочего слоя в зоне его контакта с промежуточным слоем и самого промежуточного слоя. Рабочий слой сохраняет повышенную хрупкость, но количество радиальных макротрещин и их глубина меньше, чем у рабочего слоя на основе диборида титана.
В системе Т1 - В методом СВС могут быть получены не только моноборид или диборид титана. Моноборид титана Т1В синтезируется при эквиатомном составе шихты, что в массовых долях сответствует шихте состава Т1 - 18,4% В. При содержании титана сверх эквиатомного состава при СВС образуется моноборид титана, а избыток титана служит металлической связкой. В результате синтезируются твердые сплавы состава Т1В - Т1, получившие название СТИМ-4 [2].
Таблица 1. Расчетные составы рабочего слоя на основе моноборида титана Т1В
СВС-система Расчетный состав продуктов синтеза рабочего слоя
Т1 - В - А1 Т1В + 20% А1; Т1В + 25% А1; Т1В + 30% А1 Т1В + 40% Т10,4А10,6; Т1В + 50% Т10,4А10,6
Т1 - В - 81 Т1В + 15% 81; Т1В + 20% 81; Т1В + 40% Т15813; Т1В + 40% Т1581З
Т1 - В - А1 - 81 Т1В + 20% (А1-10% 81); Т1В + 25% (А1-10% 81) Т1В + 30% (А1-10% 81); Т1В + 40% (Т1о 4А10 6-10% 81); Т1В + 50% (Т10 4А10 6-10% 81)
Таблица 2. Расчетные составы рабочего слоя на основе СВС-смеси Ti-16% В
СВС-система Расчетный состав продуктов синтеза рабочего слоя
Т1 - 16% В - А1 (Т1В-13% Т1) + 20% А1; (Т1В-13% Т1) + 40% Т10,4А10,6
Т1 - 16% В - 81 (Т1В-13% Т1) + 10% 81; Т1В + 15% 81; (Т1В-13% Т1) + 20% 81
Т1 - 16% В - А1 - 81 (Т1В-13% Т1) + 20% (А1-10% 81); (Т1В-13% Т1) + 20% (А1-20% 81) (Т1В-13% Т1) + 40% (Т1о 4А106-20% 81)
Титановая связка повышает пластичность синтезируемого материала [3]. Учитывая позитивное влияние увеличения пластичности рабочего слоя на качество СВС-прессованных катодов, в третьей серии экспериментов рабочий слой формировался на основе композиции Т - 16% В. Концентрация титана превышает эквиатомную концентрацию и продуктом синтеза в этой системе является твердый сплав состава ^В-13% Т1 По аналогии с предыдущими экспериментами были рассмотрены композиции с добавками алюминия и кремния (табл. 2).
Результаты экспериментов показали, что присутствие в продуктах синтеза избыточного титана и увеличение пластичности рабочего слоя в целом оказало положительное влияние на качество синтезированных заготовок. При синтезе рабочего слоя в системе Т - 16% В - Si прекратилось образование радиальных макротрещин в объеме рабочего слоя, но соединения рабочего и промежуточного слоёв не происходит. Для систем Т - 16% В - М и Т - 16% В - Al - Si макротрещины в рабочем слое также не образуются. Однако продолжает разрушаться зона контакта рабочего и промежуточного слоёв. В этой зоне образуется кольцевая трещина, длина которой составляет примерно 20 ч 30% от периметра рабочего слоя. Визуальный осмотр после разрушения синтезированной заготовки по зоне контакта рабочего и промежуточного слоёв показал, что глубина кольцевой трещины мала и не превышает 5 мм. Указанные выше длина и глубина кольцевой трещины выявлены после черновой обработки боковой поверхности заготовки от песчаной корки на абразивном круге. Однако после чистового шлифования длина и глубина кольцевой трещины увеличиваются. Причину роста размеров кольцевой трещины следует связать с появлением температурных напряжений в синтезированном материале вследствие локального разогрева зоны шлифования и разных коэффициентов температурного расширения слоев. В результате действия технологических температурных напряжений и происходит рост трещины, являющейся концентратором напряжений. Таким образом, использование композиции Т - 16% В как основного реагента при формировании материала рабочего слоя
не привело к получению бездефектных СВС-прессованных катодов.
С целью дальнейшего увеличения пластичности в следующей серии экспериментов рабочий слой формировался на основе композиции Т -12% В, в которой продуктом синтеза является твердый сплав состава ^В - 35% Ть Расчетные составы синтезируемого рабочего слоя с добавками алюминия и кремния приведены в табл. 3.
При синтезе рабочего слоя в системе Т - 12% В - А1 для всех исследованных составов (табл. 3) были получены как бездефектные заготовки, так и бездефектные изделия после чистового шлифования заготовок. С целью увеличения пластичности материала рабочего слоя были синтезированы заготовки на основе СВС-композиции Т - 12% В с повышенным содержанием алюминия: 25, 30, 35 и 40%. Для всех вариантов были получены бездефектные заготовки с хорошим качеством сварки слоев. Однако при механической обработке в рабочем слое образовывались макротрещины. Кроме того, при 40% -ом содержании алюминия рабочий слой получается пористым. Пористость является одним из следствий влияния инертных металлических компонентов на уплотняемость горячих продуктов синтеза. С одной стороны, легкоплавкие металлические компоненты при температуре синтеза находятся в жидком состоянии и обеспечивают высокую пластичность и уплотняемость горячих продуктов синтеза. С другой стороны, не вступающие в реакцию инертные компоненты, уменьшают температуру горения и, как следствие, уплотняемость продуктов СВС [3]. Ограничение сверху на содержание инертных компонентов является основным недостатком СВС-технологий, в том числе и СВС-прессования. Для рассматриваемой СВС-композиции Т - 12% В -А1 этот эффект начинает проявляться при содержании алюминия свыше 35%. Таким образом, наши результаты показали, что с точки зрения получения бездефектных многослойных катодов содержание алюминия в системе Т - 12% В - А1 не должно превышать 23%.
Положительного результата при синтезе рабочего слоя в системах Т - 12% В - Si и Т - 12% В - А1 - Si получить не удалось. При синтезе ра-
Таблица 3. Расчетные составы рабочего слоя на основе СВС-смеси Т1 - 12% В
СВС-система Расчетный состав продуктов синтеза Содержание алюминия, %
Т1 - 12% В - Al (ГШ-35% Г1) + 15% Al; (Г1В-35% Г1) + 20% Al; (Г1В-35% Г1) + 20% Т10,4А1о,6 (Г1В-35% Г1) + 50% Т^А^ 15 20 9 23
Т1 - 12% В - Si СГШ-35% Г1) + 15% Si; (Г1В-35% Г0 + 20% Si -
Т1 - В - Al - Si (ГШ-35% Г1) + 20% (А1-20% Si) (ГШ-35% ТО + 50% (Г^,4А10,б-20% Si) 16 18
бочего слоя в системе Т1 - 12% В - 81 рабочий и промежуточный слои соединяются между собой, но в зоне контакта этих слоёв уже в заготовке образуется замкнутая кольцевая трещина. В случае рабочего слоя, синтезируемого в системе Т1 -В - А1 - 81, длина кольцевой трещины в заготовках до чистовой механической обработки составляет приблизительно 30% от периметра рабочего слоя, но после шлифования её длина увеличивается примерно в 2 раза.
В целом результаты проведенных исследований по СВС-прессованию многокомпонентных катодов показывают, что наибольшие технологические проблемы связаны с получением рабочего слоя с высоким содержанием кремния. Это обстоятельство отмечается и при изготовлении кремнийсодержащих титановых катодов другими методами [12]. Результаты наших экспериментов в СВС-системах Т - 2В, Т - В, Т - 16% В и Т1 - 12% В показали, что для всех вариантов не удалось получить бездефектные заготовки. В композициях на основе диборида или монобори-да титана рабочий слой имеет очень высокую хрупкость и в нем уже при охлаждении синтезированных заготовок образуются макротрещины. При использовании СВС-композиций Т1 - 16% В и Т1 - 12% В с избыточным содержанием титана в продуктах синтеза уменьшается хрупкость рабочего слоя и он не разрушается. Вместе с тем бездефектного соединения функциональных слоев между собой не происходит. В качестве основной причины низкой технологичности при СВС-прессовании композиций с избыточным содержанием титана было принято следующее предположение. При СВС избыточный титан образует с кремнием силициды Т1^81^ различного состава. В результате получается композит соста-
ва Т1В + Т^у который не содержит металлическую связку и имеет низкие технологические свойства. Учитывая сказанное, при дальнейших исследованиях в системе Т1 - В - 81 шихта составлялась так, чтобы продукты синтеза содержали моноборид титана Т1В, кремний в виде силицида титана Т15813 и избыточный титан. Соответствующие расчетные составы продуктов СВС и содержание кремния в них приведены в табл. 4.
Несмотря на сравнительно низкое содержание свободного титана для всех рассмотренных составов были получены бездефектные заготовки. Также не имели дефектов и готовые изделия после механической обработки заготовок. Таким образом, для системы Т1 - В - 81 необходимым условием получения многослойных СВС-като-дов является присутствие в продуктах синтеза рабочего слоя 10 - 20% титановой связки.
При получении СВС-прессованных катодов в системе Т1 - В - А1 - 81 были продолжены исследования с использованием СВС-композиции Т1 - 12% В. Расчетные составы рабочего слоя представлены в табл. 5.
Бездефектные заготовки были получены только для двух составов рабочего слоя: (Т1В-35% Т1) + 25% (А1-20% 81) и (Т1В-35% Т1) + 50% (Т104А106-20% 81). Однако эти составы оказались не технологичными при механической обработке, и в рабочем слое происходило образование макротрещин. Не привело к положительному результату и уменьшение содержания кремния в связке А1 - 81 с 20 до 10%. В этом варианте рабочий слой не сваривался с остальными слоями. Отрицательный результат был получен и для расчетного варианта получения продуктов синтеза, при котором кремний и избыточный титан образуют силицид титана, а алюминий - метал-
Таблица 4. Расчетные составы рабочего слоя на основе СВС-композиции Т1-В
СВС-система Расчетный состав продуктов синтеза рабочего слоя Содержание кремния, %
Г1В + 40% Г15813 + 20% Г1 10,4
Г1В + 48% Г15813 + 20% Г1 12,5
Г1 - В - 81 Г1В + 50% Г^ъ + 20% Г1 13,0
Г1В + 60% Г15813 + 20% Г1 15,6
Г1В + 60% Г15813 + 10% Г1 15,6
Таблица 5. Расчетные составы рабочего слоя на основе СВС-композиции Ti-12% В
СВС-система Расчетный состав продуктов синтеза Содержание кремния, %
Ti - 12% В - Al - Si (TiВ-35% Ti) + 25% (Al-20% Si) (TiВ-35% Ti) + 30% (Al-20% Si) (TiВ-35% Ti) + 40% (Al-20% Si) (TiВ-35% Ti) + 40% (Ti0 4Al0 6-20% Si) (TiВ-35% Ti) + 50% (Ti0,4Al0,6-20% Si) 5,0 6,0 8,0 8,0 10,0
(TiВ-35% Ti) + 30% (Al-10% Si) (TiВ-35% Ti) + 40% (Al-10% Si) (TiВ-35% Ti) + 40% (Ti0,4Al0,6-10% Si) 3,0 4,0 4,0
Tiß + 40% Ti5Si3 + 20% Al Tiß + 50% Ti5Si3 + 20% Al 10,4 13,0
лическую связку. В этом варианте были синтезированы две композиции расчетных составов ИВ + 50% Т13813 + 20% А1 и ИВ + 40% Т15813 + 20% А1. В обоих случаях рабочий слой не сваривался с остальными функциональными слоями. Низкая технологичность продуктов синтеза системы Т1 - 12% В - А1 - 81 на основе сплава Т1В -35% Т1, по-нашему мнению, обусловлена взаимодействием алюминия и кремния с избыточным титаном и образованием малопластичных алюминидов и силицидов титана. В результате продукты синтеза представляют собой композит на основе боридов титана без металлической связки, который имеет низкие технологические свойства как при СВС-прессовании, так и при механической обработке заготовок.
Таким образом, результаты экспериментальных исследований влияния составов многокомпонентных материалов системы Т1 - В на технологические свойства СВС-прессованных катодов для нанесения вакуумно-дуговых покрытий показали следующее. Композиции на основе дибори-да или моноборида титана имеют очень высокую хрупкость и в них уже при охлаждении синтезированных заготовок образуются макротрещины. Для получения бездефектных заготовок и катодов шихта рабочего слоя должна составляться из расчета достаточного содержания в продуктах СВС титановой связки. В системе Т1 - В - А1 расчетная массовая концентрация свободного титана должна составлять не менее 35%; в системе Т1 - В -81 - не менее 10%. При этом максимальное содержание алюминия и кремния в этих системах составляет примерно 23 и 15% соответственно. Система Т1 - В - А1 - 81 исследованных составов является нетехнологичной как при СВС-прес-совании многослойных заготовок, так и при их механической обработке. В целом с точки зрения получения многокомпонентных катодных материалов система Т1 - В характеризуется более низкими технологическими свойствами по сравнению с системой Т1 - С на основе нестехи-ометрического карбида титана Т1С
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.Государственный контракт № 14.740.11.0473.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барвинок В.А., Богданович В.И. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления. М.: Машиностроение, 1999. 309 с.
2. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов / А.П. Амосов, И.П. Боровинская, А.Г. Мержанов. М.: Машиностроение^, 2007. 567 с.
3. Моделирование процесса прессования порошковых материалов в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / А. Ф. Федотов, А.П. Амосов, В .П. Радченко. М.: Машиностроение-1, 2005. 282 с.
4. Влияние технологических параметров СВС-компак-тировнаия на состав, структуру и свойства функционально градиентных мишеней на основе TiB2 и TiN/ Е.А. Левашов, Д.В. Ларихин, Д.В. Штанский и др. // Цветные металлы. 2002. № 5. С. 49-55.
5. Нанесение эрозионно стойких нанопокрытий системы Ti-Si-B, содержащих тах-фазу, на поверхность деталей из сплава Ti6Al4V вакуумно-плазменным методом с сепарацией плазмы от капельной фазы / В.А. Шулов, А.Г. Пайкин, АД.Теряев и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. № 12. С. 23-25.
6. Нанокристаллические и нанокомпозитные покрытия, структура, свойства / В.М. Береснев, АД. Погреб-няк, Н.А. Азаренков и др. // Физическая инженерия поверхности. 2007. Т. 5. № 1-2. С. 4-27.
7. Левашов Е.А., Штанский Д.В. Многофункциональные наноструктурированные пленки // Успехи химии. 2007. Т. 76. № 5. С. 501-509.
8. Решетняк Е.Н., Стрельницкий В.Е. Синтез упрочняющих наноструктурных покрытий // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2008. № 2. С. 119-130.
9. Структура и свойства твердых и сверхтвердых на-нокомпозитных покрытий / А.Д. Погребняк, А.П. Шпак, Н.А. Азаренков, В.М. Береснев // Успехи физических наук. 2009. Т. 179. № 1. С. 35-64.
10. СВС-пресссование многокомпонентных катодов на основе тугоплавких соединений титана для электродуговых испарителей / А.П. Амосов, А.А. Ермошкин, А.Ф.
Федотов // Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования (Металло-деформ - 2009): Труды 3-й Международной научно-технической конференции (3-5 июня 2009 г., Самара). Т. 2. Самара: СГАУ-ВФ ИМЕТ, 2009. С. 12-15.
11. Получение многокомпонентных СВС-прессованных катодов на основе тугоплавких соединений титана для нанесения вакуумно-дуговых покрытий / А.П.
Амосов, Е.И. Латухин, А.Ф. Федотов, А.А. Ермошкин, С.И. Алтухов // Известия ВУЗов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2011. №1.
12. Вакуумно-дуговое осаждение наноструктурных Т1-Б1-N покрытий из многокомпонентной плазмы / В.М. Шу-лаев, А А. Андреев, В А. Столбовой и др. // Физическая инженерия поверхности. 2008. Т. 6. № 1-2. С. 105-113.
AN INVESTIGATION INTO THE SHS-COMPACTING OF MULTICOMPONENT TARGETS BASED ON Ti - B FOR CATHODIC ARC DEPOSITION
© 2011 S.I. Altukhov, A.A. Ermoshkin, K.S. Smetanin, A.F. Fedotov, V.N. Lavro, E.I. Latukhin, A.P. Amosov
Samara State Technical University
The effect of aluminum and silicon-containing compounds of titanium-boron system on technological properties of SHS-compacted targets for arc-PVD has been investigated. The charge mixture of the working layer should be prepared based upon the sufficient content of titanium matrix in the synthesis products to obtain defect-free workpieces and targets. Estimated mass concentration of free titanium in the Ti - B - Al and Ti - B - Si systems should be at least 35% and 10% respectively. All the studied compositions of the Ti - B - Al - Si system are non-manufacturable both at SHS compacting of multilayer workpieces and at the machining. Key words: SHS compacting, multicomponent targets, cathodic arc deposition (arc-PVD).
Sergey Altukhov, Graduate Student at the Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials Department. E-mail: altuhov_serg@mail.ru
Andrey Ermoshkin, Graduate Student, Assistance Lecturer at the Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials Department. E-mail: ermandr@ya.ru Kirill Smetanin, Graduate Student at the Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials Department. E-mail: smks@inbox.ru
Alexander Fedotov, Doctor of Technics, Professor at the Mechanics Department. E-mail: a.fedotov50@mail.ru Viktor Lavro, Associated Professor at the Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials Department. E-mail: lavro7@mail.ru
Evgeny Latukhin, Candidate of Science, Associated Professor at the Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials Department. E-mail: evgelat@yandex.ru Alexander Amosov, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head at the Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials Department. E-mail: mvm@samgtu.ru
