avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-1-95-101RKGRHPavroen-84Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВMATERIAL SCIENCE AND PROCESSING TECHNOLOGYВлияние поверхностной модификации на морфологические характеристики и микротвердость стали ХВГThe influence of surface modification on the morphological characteristics and microhardness of HVG steelТеплоуховА. А.TeploukhovA. A.

Теплоухов Андрей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика»,

644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

AuthorID (РИНЦ): 859681;

AuthorID (SCOPUS): 57189517666.

Teploukhov Andrey Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Physics Department,

Omsk, Mira Ave., 11, 644050.

AuthorID (RSCI): 859681;

AuthorID (SCOPUS): 57189517666.

a.a.lektor@mail.ruСеменюкН. А.SemenyukN. A.

Семенюк Наталья Андреевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика»,

644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

AuthorID (РИНЦ): 684680;

AuthorID (SCOPUS): 57191041061ю

Semenyuk Natalya Andreevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Physics Department,

Omsk, Mira Ave., 11, 644050.

AuthorID (RSCI): 684680;

AuthorID (SCOPUS): 57191041061.

sem-natal@mail.ruТерёхинаА. Е.TeryokhinaA. E.

Терёхина Анастасия Евгеньевна, аспирант кафедры «Технология машиностроения»,

644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

AuthorID (РИНЦ): 1216883.

Teryokhina Anastasia Evgenievna, Graduate Student of Mechanical Engineering Technology Department,

Omsk, Mira Ave., 11, 644050.

AuthorID (RSCI): 1216883.

terexina28081999@gmail.comМотовиловС. И.MotovilovS. I.

Мотовилов Сергей Игоревич, аспирант кафедры «Технология машиностроения»,

644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

AuthorID (РИНЦ): 1198825.

Motovilov Sergey Igorevich, Graduate Student of Mechanical Engineering Technology Department,

Omsk, Mira Ave., 11, 644050.

AuthorID (RSCI): 1198825.

redgord@gmail.comСкакунД. В.SkakunD. V.

Скакун Дмитрий Викторович, студент радиотехнического факультета,

644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Skakun Dmitry Viktorovich, Student of Radio Engineering Faculty, 

Omsk, Mira Ave., 11, 644050.

skakun_dmitrii@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian FederationОмский государственный технический университеРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation2024300320248195101Copyright © Теплоухов А.А., Семенюк Н.А., Терёхина А.Е., Мотовилов С.И., Скакун Д.В., 20242024Теплоухов А.А., Семенюк Н.А., Терёхина А.Е., Мотовилов С.И., Скакун Д.В.Teploukhov A.A., Semenyuk N.A., Teryokhina A.E., Motovilov S.I., Skakun D.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/84

В процессе эксперимента, выполненного в два этапа, было получено тонкопленочное покрытие молибдена на подложке из стали марки ХВГ. Первый этап включал в себя предварительную ионную имплантацию молибдена. Второй этап — это получение методом сбалансированного магнетронного напыления тонкопленочного покрытия молибдена. В процессе исследования методом растровой электронной микроскопии получены микрофотографии, визуально подтверждающие равномерность и однородность тонкопленочного покрытия. Полученные методом зондовой микроскопии значения средней шероховатости поверхности Sa позволяют говорить об ее уменьшении после нанесения тонкопленочного покрытия. Методом энергодисперсионного анализа определена массовая концентрация молибдена на поверхности модифицированной инструментальной стали, которая составила 92,4 %. Получены экспериментальные режимы модификации тонкопленочным покрытием стали марки ХВГ, которые оказывают существенное влияние на среднюю шероховатость и микротвердость ее поверхности. Показано, что используемые в работе экспериментальные режимы позволяют получать упрочнение поверхности стали ХВГ после нанесения тонкопленочного покрытия молибдена с предварительной ионной имплантацией в несколько раз. Определена сила адгезии между тонкопленочным покрытием и подложкой из стали марки ХВГ. Высокие значения адгезии, полученные методом, предложенным Джеральдом Франкелем из Университета штата Огайо, показывают хорошее качество нанесенного покрытия. Все вышеперечисленное говорит о перспективности использования вышеупомянутой методики в машиностроительной отрасли.

During the experiment, carried out in two stages, a thin-film coating of molybdenum is obtained on substrates made of steel grade HVG. The first stage included preliminary ion implantation of molybdenum. The second stage is the production of a thin-film molybdenum coating by balanced magnetron sputtering. During the study using scanning electron microscopy, microphotographs are obtained that visually confirmed the uniformity and homogeneity of the thin-film coating. The values of average surface roughness Sa is obtained by probe microscopy suggest that it decreases after applying a thin-film coating. Using the energy dispersive analysis method, the mass concentration of molybdenum on the surface of the modified tool steel was determined, which is 92,4 %. Experimental modes of modification of KhVG steel with a thin-film coating have been obtained, which have a significant effect on the average roughness and microhardness of its surface. It has been shown that the experimental modes used in the work make it possible to obtain a strengthening of the surface of HVG steel after applying a thin-film coating of molybdenum, with preliminary ion implantation several times. The adhesion force between the thin-film coating and the HVG steel substrate is determined. High adhesion values obtained using the method proposed by Gerald Frankel from Ohio State University indicate good quality of the applied coating. All of the above indicates the prospects of using the above-mentioned methodology in the mechanical engineering industry.

ионная имплантациясбалансированное магнетронное напылениетонкопленочные покрытиямолибденрастровая электронная микроскопияэнергодисперсионный анализзондовая микроскопиямикротвердостьion implantationbalanced magnetron sputteringthin film coatingsmolybdenumscanning electron microscopyenergy dispersive analysisprobe microscopymicrohardnessReferencesГОСТ 5950-2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. Введ. 01–01–2002 // Международный академический вестник. 2015. № 5 (11). С. 86–88.GOST 5950-2000. Prutki, polosy i motki iz instrumental’noy legirovannoy stali. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [Tool alloy steel bars, strips and coils. General specifications] // Mezhdunarodnyy akademicheskiy vestnik. International Academic Bulletin. 2015. No. 5 (11). P. 86–88. (In Russ.).Зинченко С. А. Разработка и внедрение в ОАО «ИЖСТАЛЬ» термоциклической обработки инструментальных сталей // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2015. № 5 (1385). С. 48–50.Zinchenko S. A. Razrabotka i vnedreniye v OAO «IZhSTAL’» termotsiklicheskoy obrabotki instrumental’nykh staley [Development and implementation at OJSC “IZHSTAL” of thermal cyclic processing of tool steels] // Byulleten’ nauchnotekhnicheskoy i ekonomicheskoy informatsii. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2015. No. 5 (1385). P. 48–50. (In Russ.).Большаков В. И., Глушкова Д. Б. Исследование структуры и твердости сталь-молибденового покрытия // Вестник Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. 2015. № 10. С. 10–15.Bolshakov V. I., Glushkova D. B. Issledovaniye struktury i tverdosti stal’-molibdenovogo pokrytiya [The Study of structure and hardness of steel-molibdenumal covering] // Vestnik Pridneprovskoy gosudarstvennoy akademii stroitel’stva i arkhitektury. Bulletin of the Dnieper State Academy of Construction and Architecture. 2015. No. 10. P. 10–15. (In Russ.).Tailor S., Modi A., Modi S. C. High-Performance Molybdenum Coating by Wire–HVOF Thermal Spray Process // Journal of Thermal Spray Technology. 2018. Vol. 12. DOI: 10.1007/s11666-018-0706-2.Tailor S., Modi A., Modi S. C. High-Performance Molybdenum Coating by Wire–HVOF Thermal Spray Process // Journal of Thermal Spray Technology. 2018. Vol. 12. DOI: 10.1007/s11666-018-0706-2. (In Engl.).Пантелеенко Ф. И., Оковитый В. А., Девойно О. Г. [и др.]. Формирование покрытий из самофлюсующегося порошка на основе сталей аустенитного класса с добавлением молибдена // Наука и техника. 2021. № 2. С. 95–100. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-2-95-100.Panteleenko F. I., Okovity V. A., Devoino O. G. [et al.]. Formirovaniye pokrytiy iz samoflyusuyushchegosya poroshka na osnove staley austenitnogo klassa s dobavleniyem molibdena [Forming Coatings from Self-Fluxing Powder Based on Steels of Austenite Class Adding Molybdenum] // Nauka i tekhnika. Science and Technique. 2021. No. 2. P. 95–100. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-2-95-100. (In Russ.).Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. Москва: Радио и связь,1982. 72 с.Danilin B. S., Syrchin V. K. Magnetronnyye raspylitel’nyye sistemy [Magnetron sputtering systems]. Moscow, 1982. 72 p. (In Russ.).Dubonosov V., Krichkovskaya L., Petrova I. Magnetron sputtering of metals in the presence of jet gases // Norwegian Journal of development of the international science. 2019. Vol. 26. P. 50–54.Dubonosov V., Krichkovskaya L., Petrova I. Magnetron sputtering of metals in the presence of jet gases // Norwegian Journal of development of the international science. 2019. Vol. 26. P. 50–54. (In Engl.).Балакин Ю. А., Будник А. А. Разработка технологии комбинированной обработки инструментальной стали с целью повышения ее качества // Международный академический вестник. 2015. № 5 (11). С. 86–88.Balakin Yu. A., Budnik A. A. Razrabotka tekhnologii kombinirovannoy obrabotki instrumental’noy stali s tsel’yu povysheniya eye kachestva [Development of technology for the combined treatment of tool steel to improve its quality] // Mezhdunarodnyy akademicheskiy vestnik. International Academic Bulletin. 2015. No. 5 (11). P. 86–88. (In Russ.).Seong J., Frankel G. S. Assessment of Coating Adhesion Degradation by Atomic Force Microscopy Scratching // Corrosion. 2012. № 68 (3). P. 032501-1–032501-4. DOI: 10.5006/1.3688500.Seong J., Frankel G. S. Assessment of Coating Adhesion Degradation by Atomic Force Microscopy Scratching // Corrosion. 2012. № 68 (3). P. 032501-1–032501-4. DOI: 10.5006/1.3688500. (In Engl.).Постников Д. В., Блесман А. И., Теплоухов А. А., Полонянкин Д. А., Ткаченко Э. А., Тюкин А. В. Адгезия защитных покрытий из молибдена на стальной подложке // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. № 2. С. 279–282.Postnikov D. V., Blesman A. I., Teploukhov A. A., Polonyankin D. A., Tkachenko E. A., Tyukin A. V. Adgeziya zashchitnykh pokrytiy iz molibdena na stal’noy podlozhke [Adhesion of protective coatings of molybdenum on a steel substrate] // Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2016. No. 2. P. 279–282. (In Russ.).Теплоухов А. А., Семенюк Н. А., Терехина А. Е., Мотовилов С. И. Исследование тонкопленочного танталового покрытия на подложках из стали марки У8 методом электронной микроскопии // Нанотехнологии. Информация. Радиотехника (НИР-22): материалы Регион. молодеж. науч.-практ. конф. (Омск, 21 апр. 2022 г.). Омск: Изд-во ОмГТУ, 2022. С. 203–207.Teploukhov A. A., Semenyuk N. A., Terekhina A. E., Motovilov S. I. Issledovaniye tonkoplenochnogo tantalovogo pokrytiya na podlozhkakh iz stali marki U8 metodom elektronnoy mikroskopii [Study of thin-film tantalum coating on U8 steel substrates by electron microscopy] // Nanotekhnologii. Informatsiya. Radiotekhnika (NIR-22). Nanotechnologies. Information. Radio Engineering (NIR-22). Omsk, 2022. P. 203–207. (In Russ.).Блесман А. И., Рогачев Е. А., Зверев М. А., Теплоухов А. А. Исследование тонкопленочных покрытий молибдена и хрома на конструкционных сталях // Динамика систем, механизмов и машин. 2012. № 2. С. 344–347. EDN: SFWAJZ.Blesman A. I., Rogachev E. A., Zverev M. A., Teploukhov A. A. Issledovaniye tonkoplenochnykh pokrytiy molibdena i khroma na konstruktsionnykh stalyakh [Study of thin-film coatings of molybdenum and chromium on structural steels] // Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2012. No. 2. P. 344–347. (In Russ.).Лубнин А. Н., Лебедев Р. В., Ладьянов В. И. [и др.]. Осаждение молибденовых покрытий безводородным методом CVD // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2022. Т. 58, № 1. С. 61–69. DOI: 10.31857/S0044185622010144.Lubnin A. N., Lebedev R. V., Lad’yanov V. I. [et al]. Osazhdeniye molibdenovykh pokrytiy bezvodorodnym metodom CVD [Hydrogen-free CVD deposition of molybdenum coatings] // Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2022. Vol. 58, no. 1. P. 61–69. DOI: 10.31857/S0044185622010144. (In Russ.).Тополянский П. А. Исследование ионно-плазменных износостойких покрытий на инструментальных сталях // Металлообработка. 2004. № 1 (19). C. 24–30. EDN: HYSIFR.Topolyanskiy P. A. Issledovaniye ionno-plazmennykh iznosostoykikh pokrytiy na instrumental’nykh stalyakh [Research of ion-plasma wear-resistant coating on tools] // Metalloobrabotka. Metalworking. 2004. No. 1 (19). P. 24–30. EDN: HYSIFR.Солопчук М. С., Абрашов А. А., Григорян Н. С. [и др.]. Защитные адгезионные покрытия на основе оксидов титана и молибдена // Успехи в химии и химической технологии. 2018. № 13. С. 54–56. EDN: YRRXCX.Solopchuk M. S., Abrashov A. A., Grigoryan N. S. [et al.]. Zashchitnyye adgezionnyye pokrytiya na osnove oksidov titana i molibdena [Protective adhesive coatings based on titanium and molybdenum oxides] // Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2018. No. 13. P. 54–56. EDN: YRRXCX. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.