INVESTIGATION OF THE OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF PLASMA-CHEMICAL STRENGTHENING THIN-FILM SILICON-CONTAINING COATINGS, DEPOSITED FROM ARC PLASMA AT ATMOSPHERIC PRESSURE
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-138-3-94-98Keywords:
hardening, a thin-film siliceous coverage, arc plasma, thickness, an interferenceAbstract
The strengthening of metal surfaces by applying thin-film silicon-containing coatings deposited from arc plasma at atmospheric pressure allows them to be protected from wear and aggressive environments, and is ultimately determined by the performance characteristics of such coatings.
One of the basic operating performances of hardening protective thin-film coverages is their thickness. Definition of thickness of thin films by direct gauging represents an intractable technical problem.
In the paper, the use of an optical interference picture in the system of a substructure thin-film coverage for determining thickness is offered. The given approach allows determining and controlling the coating thickness not only on completed product but also during the coating process. An experimental study of the thickness of a thin-film silicon-containing coating using a scanning electron microscope showed that the film thickness is within 1,1–1,2 μm. Comparison of the calculated and experimental data on the thickness of the strengthening coating showed high convergence of the results (12–15 %). The ability to precisely control the thickness significantly expands the scope of application of thin-film strengthening silicon-containing coatings applied from argon arc plasma at atmospheric pressure.
Precise control over coating thickness significantly expands the range of applications for thin-film silicon containing strengthening coatings deposited from arc argon plasma at atmospheric pressure.
The results obtained during theoretical and laboratory studies were used in real production conditions at the largest enterprise of the Republic of Belarus, Open Society Mozyr Oil Refinery. In the conditions of repair and mechanical production, an author's installation for applying thin-film coatings and a technological process for applying corrosion-resistant thin-film silicon-containing coatings on parts operating under conditions of non-abrasive wear and in contact with aggressive environments were introduced.
References
Beta-SiC synthesis in an atmospheric pressure convection-stabilized arc / P. Kong, R. M. Young, T. T. Huang, E. Pfender // Proc.ISPC-7 Eindhoven. – 1985. – P. 674–679.
Данилин, Б. С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок / Б. С. Данилин. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 326 с.
Вахмянин, Л. П. Тонкие аморфные пленки SiC-Si / Л. П. Вахмянин, О. А. Матвеев, В. А. Сладкова // Поверхность. Физика, химия, механика. – 1984. – № 9. – С. 58–60.
Goldfarb, V. M. Formation of SiC coatings by a thermal RF plasma / V. M. Goldfarb, H. V. Goldfarb // Prog. ISPC-7 Eindhoven. – 1985. – P. 685–691.
Палатник, Л. С. Материаловедение в микроэлектронике / Л. С. Палатник, В. К. Сорокин. – М. : Энергия, 1977. – 280 с.
Patent 1136315 FRG, MKI С01В. Verfahren zur Hestealung von Silicium Nitriden : filing date 13.09.1962 : publ. date 4.04.1963 / Herbert Dr. J., Schmidt H-V., Jiserman Hagen N. V.
Пичугин В. Ф. Материаловедение поверхности и тонких пленок / В. Ф. Пичугин. – Томск : ТПУ, 2008. – 173 с.
Патент 20453 Респ. Беларусь, МПК Н05Н 1/26 ; С23С 8/38 (2006.01). Способ нанесения упрочняющих тонкопленочных кремнийсодержащих покрытий осаждением из дуговой плазмы при атмосферном давлении : № а 20130745 : заявлено 06.05.2013 : опубл. 30.10.2016 / Голозубов А. Л., Голозубова А. А. ; заявитель МГПУ им. И. П. Шамякина // Афiц. Бюл. / Нац. цэнтр інтэлект. уласнасці. – 2016. – № 4. – С. 124.
Соснин, Н. А. Создание нового поколения интеллектуальных модулей финишного плазменного поверхностного упрочнения / Н. А. Соснин, С. А. Ермаков, П. В. Алисов // Полиплазма. Пленки и покрытия : труды 5-й Междунар. конф. – СПб., 1998. – С. 478–480.
Технология тонких пленок : справ. : в 2 т. / под ред. Л. Майссела, Р Глэнга ; пер. с англ. под ред. М. И. Елинсона, Г. Г. Смолко. – М. : Сов. радио, 1977. – Т. 1. – 664 с.
Технология тонких пленок : справ. : в 2 т. / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга ; пер. с англ. под ред. М. И. Елинсона, Г. Г. Смолко. – М. : Сов. радио, 1977. – Т. 2. – 768 с.
Фейст, У. М. Получение пленок химическим осаждением из паровой фазы / У. М. Фейст, С. Р. Стил, Д. У. Риди // Физика тонких пленок. – М. : Мир, 1972. – Т. 5. – С. 245–341.
Freund, L. B. Thin film materials: stress, defect formationand and surface evolution / L. B. Freund, S. Suresh. – Cambridge : Cambridge University Press, 2004. – 750 с.
Голозубов, А. Л. Исследование свойств плазмохимических упрочняющих тонкопленочных кремнийсодержащих покрытий и композиции покрытие-подложка, работающих в условиях высоких контактных давлений / А. Л. Голозубов // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2023. – № 2 (131). – С. 69–71.
Голозубов, А. Л. Исследование физико-механических свойств плазмохимических тонкопленочных покрытий, осаждаемых из дуговой плазмы при атмосферном давлении / А. Л. Голозубов // Современные технологии металлообработки : материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 2005 / ФТИ НАН Беларуси. – Минск, 2005. – С. 148–151.
Mazdiyahi, K. S. Characterization of organosilicon- infiltrated porous reaction-sintered Si3N4 / K. S. Mazdiyahi, R. West, L. David // J. Amer. Ceram. Soc. – 1978. – Vol. 61, № 11–12. – Р. 504.
Голозубов, А. Л. Оптимизация процесса плазмохимического нанесения тонкопленочных кремнийсодержащих покрытий из дуговой плазмы / А. Л. Голозубов // Сварка и родственные технологии : Респ. межвед. сб. науч. трудов БГНПК ПМ, НИКТИ СП с ОП. – Минск, 2001. – № 4. – С. 108.
Голозубов, А. Л. Теоретические и технологические аспекты осаждения защитных тонкопленочных кремнийсодержащих покрытий из дуговой низкотемпературной плазмы при атмосферном давлении / А. Л. Голозубов. – Мозырь : Белый ветер, 2012. – 218 с.
Механизм формирования плазмохимических тонкопленочных покрытий, полученных из дуговой плазмы / А. Л. Голозубов, Э. М. Пархимович, С. Ф. Мельников, О. П. Реут // Сварка и родственные технологии : Респ. межвед. сб. науч. труд. БГНПК ПМ, НИКТИ СП с ОП. – Минск, 1999. – С. 70.
The structural nature of SiO2/Ta2O5 multilayers on Si (100) formed by ion-beam sputter deposition / I. Kojima, B. Li, T. Fujimoto [et al.] // Journal of Physics D Appled Physics. – 1997. – № 15. – Р. 95.
Голозубов, А. Л. Термодинамическая модель получения кремнийсодержащих покрытий из дуговой плазмы // Сварка и родственные технологии : Респ. межвед. сб. научн. трудов БГНПК ПМ, НИКТИ СП с ОП. – Минск, 2001. – № 4. – С. 47.
Кудинов, В. В. Оптика плазменных покрытий / В. В. Кудинов, А. А. Пузанов, А. П. Замбржицкий. – М. : Наука, 1981. – 326 с.
Шмаков, М. Очистка поверхности пластин и подложек / М. Шмаков, В. Паршин, А. Смирнов // Технологии в электронной промышленности. – 2008. – № 5. – С. 76–80.
Кулагин, И. Д. К расчету радиального распределения температуры дугового и индукционного разрядов / И. Д. Кулагин, Л. М. Сорокин, Л. А. Дубровская // Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов : сб. статей. – М. : Наука, 1973. – С. 59–65.
Кухлинг, Х. Справочник по физике ; пер. с нем / Х. Кухлинг. – М. : Мир, 1983. – 520 с.
Шмаков, М. Очистка поверхности пластин и подложек / М. Шмаков, В. Паршин, А. Смирнов // Технологии в электронной промышленности. – 2008. – № 6. – С. 72–75.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The work is provided under the terms of Creative Commons public license Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0). This license allows an unlimited number of persons to reproduce and share the Licensed Material in all media and formats. Any use of the Licensed Material shall contain an identification of its Creator(s) and must be for non-commercial purposes only. Users may not prevent other individuals from taking any actions allowed by the license.
