vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2024-3(49)-10-21vsgiu-41Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsСТРУКТУРА И СВОЙСТВА СИСТЕМЫ ПОКРЫТИЕ (Ag – C) / ПОДЛОЖКА (Cu), ОБЛУЧЕННОЙ ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМSTRUCTURE AND PROPERTIES OF THE SYSTEM COATING (Ag–C)/SUBSTRATE (Cu), IRRADIATED BY A PULSED ELECTRON BEAMhttps://orcid.org/0000-0002-6880-2849РомановДенис АнатольевичRomanovDenis A.

д.т.н., заведующий лабораторией электровзрывного напыления высоконадежных покрытий

Dr. Sci.(Eng)., Head of the Laboratory of Electroexplosive Spraying of Highly Reliable Coatings

romanov_da@physics.sibsiu.ruМосковскийСтанислав ВладимировичMoskovskiiStanislav V.

к.т.н., старший научный сотрудник научной лаборатории электровзрывного напыления высоконадежных покрытий

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher at the Laboratory of Electroexplosive Spraying of Highly Reliable Coatings

psk-svm@yandex.ruПочетухаВасилий ВитальевичPochetukhaVasilii V.

к.т.н., старший преподаватель кафедры транспорта и логистики

Cand. Sci. (Eng.), Senior lecturer at the Department of Transport and Logistics

v.pochetuha@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1345-7419ВащукЕкатерина СтепановнаVashchukEkaterina S.

к.т.н., доцент кафедры экономических и естественно-научных дисциплин

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Economic and Natural Sciences

vaschuk@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8022-7958ИвановЮрий ФедоровичIvanovYurii F.

д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Chief Researcher, Institute of High-Current Electronics

yufi55@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial University Russian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian FederationКузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева, филиал в г. ПрокопьевскRussian FederationF. Gorbachev Kuzbass State Technical University, Prokopyevsk BranchRussian FederationИнститут сильноточной  электроники СО РАНRussian FederationSiberian  Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202402022026031021Copyright © Романов Д.А., Московский С.В., Почетуха В.В., Ващук Е.С., Иванов Ю.Ф., 20262026Романов Д.А., Московский С.В., Почетуха В.В., Ващук Е.С., Иванов Ю.Ф.Romanov D., Moskovskii S., Pochetukha V., Vashchuk E., Ivanov Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/41

Полученная система Ag –C, сформированная на медной подложке, характеризуется толщиной покрытия от 50 до 550 мкм. В покрытии углеграфитовое волокно присутствует в виде пластин. Покрытие представляет собой легированный атомами меди агрегат. Изменение концентрации атомов меди при изменении расстояния от поверхности покрытия в глубину имеет положительный градиент. Формирование твердых растворов внедрения на основе меди и серебра подтверждено данными рентгенофазового анализа. Исследования методом микрорентгеноспектрального анализа фольг для просвечивающей электронной микроскопии показали, что медь в покрытии располагается в виде тонких прослоек по границам зерен серебра или формирует включения (зерна) субмикрокристаллических размеров. Установлено, что графит присутствует в виде наноразмерных (10 –15 нм) частиц в объеме зерен серебра и зерен меди, а также располагается на границах зерен серебра. В системе Ag –C / Сu выявлено формирование переходного слоя толщиной 250 –300 нм. Размер субзерен в переходном слое изменяется в пределах 150 –250 нм. Модуль Юнга и микротвердость по Виккерсу уменьшаются с увеличением толщины покрытия. Износостойкость покрытия составляет 6·10–6мм3/(Н·м). Полученный набор свойств и характеристик структуры позволяет сделать вывод о пригодности сформированных покрытий для работы в электрических контактах мощных электрических сетей. Конкретный выбор определенной модели контактов требует дополнительных уточняющих исследований.

The resulting Ag–C system formed on a copper substrate is characterized by a highly developed coating thickness from 50 to 550 μm. In the coating, carbon-graphite fiber is present in the form of plates. The coating is an aggregate doped with copper atoms. The change in the concentration ofcopper atoms with a change in the distance from the coating surface to the depth has a positive gradient. The formation of interstitial solid solutions based on copper and silver is confirmed by X-ray phase analysis data. Studies by X-ray microanalysis offoils for transmission electron microscopy showed that copper in the coating is located in the form of thin layers along the boundaries of silver grains, or forms inclusions (grains) of submicrocrystalline sizes. It was established that graphite is present in the form of nanosized (10‒ 15 nm) particles in the volume of silver grains and copper grains, and is also located at the boundaries of silver grains. In the Ag –C / Cu system, the formation of a transition layer with a thickness of 250 –300 nm was revealed. The size of subgrains in the transition layer varies within 150 –250 nm. The obtained set of properties and characteristics of the structure allows us to draw a conclusion about the suitability of the formed coatings for work in electrical contacts of powerful electrical networks. The specific choice of a certain model of contacts requires additional clarifying studies.

низкоэнергетический импульсный электронный пучоксереброуглеграфитовое волокномедьнаноразмерные частицытвердостьмодуль Юнгаизносостойкостьow energy pulsed electron beamsilvercarbon graphite fibercoppernanoparticleshardnessYoung's moduluswear resistanceReferencesПочетуха В.В., Романов Д.А., Громов В.Е., Филяков А.Д. Формирование структуры и свойств электровзрывных электроэрозионностойких покрытий на медных контактах переключателей мощных электрических сетей. Новокуз-нецк: ООО Полиграфист, 2023:257.Latukhina N.V., Lizunkova D.A., Rogozhina G.A., Zhiltsov I.M., Stepykhova M.V., Chepurnov V.I. Multilayer nanostructures based on porous silicon for optoelectronics. Photonics. 2018; 12(5(73)):508–511.Пат. 2380781 C1 РФ № 2008139279/09. Материал для электрических контактов и способ изготовления электрических кон-тактов / В.С. Аркатов, В.В. Васин, Е.Н. Емельянов, А.В. Конаков, В.С. Фадеев, Ю.Л. Чигрин, О.В. Штанов, А.В. Никонов, С.Н. Микушкин, В.С. Минаков. Заявл. 03.10.2008; опубл. 27.01.2010. Бюл. № 3.Khamzin E.Kh., Nesterov D.A., Latukhina N.V. etc. Porous silicon doped with erbium for optoelectric applications. In: International Conference of Physics. St. Petersburg, 2023:160‒161. (In Russ.).Luo G., Li P., Hu J., Guo J., Sun Y., Shen, Q. Ag and C addition into Al – Cu matrix composites. Journal of Materials Science. 2022;(57):11013–11025. http://doi.org/10.1007/s10853-022-07189-6Latukhina N.V., Shishkina D.A., Rogozhina G.A. etc. Multilayer structure based porous silicon for so-lar cells. AIP Conference Proceedings. 2020;2276.Sytschev A.E., Vadchenko S.G., Busurina M.L., Boyarchenko O.D., Karpov A.V. High-temperature interaction between car-bon fibers and Cu – Ag eutectic alloy. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2022;31:188–194.Latukhina N.V., Lizunkova D.A., Rogozhina G.A., Shishkin I.A. Multilayer structure based on porous silicon for solar cells. In: Proceedings of Interna-tional Conference on Advanced Materials 6th and 7th March, 2019. 2019:169‒172.http://doi.org/10.3103/S1061386222040112Latukhina N., Rogozin A., G. Puzyrnaya, Lizunkova D., Gurtov A., Ivkov S. Efficient Silicon Solar Cells for Space and Ground-Based Aircraft. Procedia Engineering. 2015;104(31):157‒161.Wang J., Hu D., Zhu Y., Guo P. Electrical properties of in situ synthesized Ag-Graphene/Ni composites. Materials. 2022;(15(18)):6423. https://doi.org/10.3390/ma15186423Shishkin I.A., Lizunkova D.A., Latukhina N.V. Simulation of current-voltage and power-voltage characteristics of «space» porous silicon solar cells. In: 6th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures, 2019:299‒300Li S., Hao Y., Chen X., Gewirth A.A., Moore J.S., Schroeder C.M. Covalent Ag – C bonding contacts from unprotected termi-nal acetylenes for molecular junctions. Nano Letters. 2020;(20,7):5490–5495. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02015Dikhanbaev K.K., Ikramova S.B., Myrzaly E.B., Zhailybaev I.T., Te-reakhmet S. A solar cell coated with multicrystalline porous silicon. Novosti nauki Kazakhstana. 2022;1(152); 71‒77. (In Russ.).Fernández S., Molinero A., Sanz D., González J.P., Cruz M., Gandía J.J., Cárabe J. Graphene-based contacts for optoelectronic devices. Micromachines. 2020;(11(10)):919. https://doi.org/10.3390/mi11100919http://doi.org/10.53939/1560-5655 2022-1-71Romanov D.A., Pochetukha V.V., Sosnin K.V., Moskovskii S.V., Gromov V.E., Bataev V.A., Ivanov Yu.F., Semin A.P. Increase in properties of copper electrical contacts in formation of composite coatings based on Ni – C – Ag – N system. Journal of Materials Research and Technology. 2022;19:947–966.Hyukyong Kwon, Jaedoo Lee, Minjeong Kim, and Soohong Lee. Investigation of Antireflective Porous Silicon Coating for Solar Cells. In: International Scholarly Research Network ISRN Nanotechnology. 2011;716409.http://dx.doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.05.040http://doi.org/10.5402/2011/716409Gaurav A.K., Chang Y., Wojciech T.O., Moreno-Hernandez I.A., Ledendecker M., Alivisatos A.P. Self-Limiting shell formation in Cu@Ag core–shell nanocrystals during galvanic replacement. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2020;11(13):5318–5323.Kirsanov N.Yu., Latukhina N.V., Lizunkova D.A., Rogozhina G.A., Ste-pikhova M.V. Multilayer photosensitive structures based on porous silicon and compounds of rare earth elements: studies of spectral characteristics. FTP. 2017;51(3):367–371. (In Russ.).https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01551Ushakov V.V. etc. Radiation resistance of porous silicon. FTP. 1997;31(9):1126‒1129. (In Russ.). http://doi.org/10.1134/1.1187143Непша Н.И., Веселов А.Д., Савина К.Г., Богданов С.С., Колосов А.Ю., Мясниченко В.С., Сдобняков Н.Ю. Вариабельность структурных превращений в биметаллических нано-сплавах Cu-Ag. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2022;14:211–226. EDN: GAZINQ; https://doi.org/10.26456/pcascnn/2022.14.211Erofeev A.S. Latukhina N.V. Degradation processes in porous silicon. Vestnik molodykh uchenykh i spetsialistov Samarskogo universiteta. 2020;(16):267‒272. (In Russ.).Mousavi Z., Pourabdoli M. Physical and chemical properties of Ag – Cu composite electrical contacts prepared by cold-press and sintering of silver-coated copper powder. Materials Chemistry and Physics. 2022;290:126608. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.126608Belobrovaya O.Ya., Galushka V.V., Ismailova V.S., Polyanskaya V.P., Sidorov V.I., Terin D.V., Mashkov A.A. The effect of low doses of gamma radiation on the optical properties of nanostructured silicon obtained by metal-stimulated chemical etching in situ. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Nov. ser. Ser. Fizika. 2020;20(4):288–298. (In Russ.).Aikun L., Ming X., Yang Y., Zhang J., Wang S., Chen Y., Zhou W. Effect of CNTs content on the mechanical and arc-erosion performance of Ag-CNTs composites. Diamond and Related Materials. 2022;128:109211.https://doi.org/10.18500/1817-3020-2020-20-4-288-298http://dx.doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109211Aliev B.A. The effect of electron irradiation on the photoluminescence spectrum of porous silicon. Vestnik Karagandinskogo gosudar-stvennogo universiteta. Seriya Fizika. 2010;59(3):4‒7. (In Russ.).Yakout M., Elbestawi M., Veldhuis S.C. A Review of metal additive manufacturing technologies. Solid State Phenomena. 2018;278:1–14. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.278.1Balakshin Yu.V., Kozhemyako A.V., Evseev A.P., Minnebaev D.K., Emad M.E. Influence of parameters of irradiation with xenon and ar-gon ions on defect formation in silicon. VMU. Seriya 3. Fizika. Astronomiya. 2020;3:23–29. (In Russ.).Ivanov Yu.F., Koval N.N., Akhmadeev Yu.H., Uglov V.V., Shugurov V.V., Petrikova E.A., Krysina O.V., Prokopenko N.A., Azhazha I.I. Structure and properties of multi-layer films of high-entropy metals deposited by the ion-plasma method. Russian Physics Journal. 2022;(64):2207–2213. EDN: IRQUAY;Len'shin A.S., Kashkarov V.M., Turishchev S.Yu., Smirnov M.S., Domashevskaya E.P. The effect of natural aging on photoluminescence of porous silicon. Pis'ma v ZhTF. 2011;37(17):1‒8. (In Russ.).https://doi.org/10.1007/s11182-022-02578-5Tishin P.D., Shishkina D.A., Shishkin I.A. etc. Investigation of degradation characteristics of photosensitive structures with porous silicon. St. Petersburg State Polytechnical University Journal: Physics and Mathematics. 2022; 15(3.3):82‒85. https://doi.org/10.18721/JPM.153.315Комаров Д.В., Коновалов С.В., Жуков Д.В., Виноградов И.С., Панченко И.А. Анализ современной ситуации в области применения электронно-пучковой обработки различных сплавов. Часть 2. Ползуновский вестник. 2022;3:204‒215.Uslin D.A., Latukhina N.V. Analysis of the degradation processes of solar cells based on porous silicon. Vestnik molodykh uchenykh i spetsialistov Samarskogo universiteta. 2021; (1(18)):174‒176. (In Russ.).https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.03.028Smerdov R.S., Spivak Yu.M, Moshnikov V.A. Nanostructures based on func-tionalized porous silicon for promising solar energy systems. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1400:055014. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1400/5/055014Chen S., Wang J., Yuan Z., Wang Z., Du D. Microstructure and arc erosion behaviors of Ag-CuO contact material prepared by selective laser melting. Journal of Alloys and Compounds. 2021;(860):158494.Latukhina N.V. etc. The effect of coatings containing REE ions on the photovoltaic characteristics of structures based on porous silicon. Avtometriya. 2022;58(6):90‒97. (In Russ.). http://dx.doi.org/10.15372/AUT20220611https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158494Latukhina N.V., Nesterov D.A., Poluektova N.A. etc. Effect of Rare Earth Coatings on Photoelectric Characteristics of Porous Silicon Structures. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2022;58(6(6)):626‒632.Li H., Wang X., Hu Z., Liu Y. Based electri-cal contact material under direct current. Journal of Electronic Materials.2020;49:4730–4740. https://doi.org/10.1007/s11664-020-08193-9Shishkin I.A., Shishkina D.A., Latukhina N.V. The process of pore formation on a textured silicon substrate during electrochemical etching: 3D model. Journal of Physics: Conference Series. 2021;1745(1)Ma M., Qu Y., Wang Z., Wang J., Du D. Dy-namics evolution and mechanical properties of the erosion process of Ag – CuO contact materials. Acta Metallurgica Sinica. 2022;58(10):1305–1315. https://doi.org/10.11900/0412.1961.2021.00498Ma M., Qu Y., Wang Z., Wang J., Du D. Dy-namics evolution and mechanical properties of the erosion process of Ag – CuO contact materials. Acta Metallurgica Sinica. 2022;58(10):1305–1315. https://doi.org/10.11900/0412.1961.2021.00498Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / Под ред. С.В. Шухардина. Москва: Наука, 1979:248.Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / Под ред. С.В. Шухардина. Москва: Наука, 1979:248.Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. В 3-х т. Т. 1. Москва: Машиностроение, 1996:992.Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. В 3-х т. Т. 1. Москва: Машиностроение, 1996:992.

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