Закономерности формирования, особенности структуры и свойства наноструктурных керамических покрытий из оксида алюминия

• Автор: Прозорова, Майя Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1 Методы, закономерности формирования, особенности микроструктуры и свойств керамических покрытий из оксида алюминия

1.1 Методы формирования керамических покрытий из оксида алюминия

1.2 Физические закономерности формирования керамических покрытий из оксида алюминия детонационным методом

1.3 Структура и физико-механические свойства газотермических порошковых покрытий

1.4 Физические основы термической обработки керамических покрытий из оксида алюминия покрытий высокотемпературным отжигом

Выводы к главе

Глава 2 Оборудование. Материалы и методики исследования керамических покрытий из оксида алюминия
2.1 Формирование керамических покрытий из порошка оксида алюминия многокамерным детонационным методом
2.2 Исследования структуры, элементного и фазового состава детонационных керамических покрытий
2.3 Исследование микротвердости и износостойкости системы «керамическое покрытие — металлическая подложка»
Выводы к главе
Глава 3 Влияние условий многокамерного детонационного процесса формирования керамических покрытий из порошка оксида алюминия
на изменение структуры и свойств системы «керамическое покрытие -металлическая подложка»
3.1 Микроструктура, морфология, элементный и фазовый состав порошка оксида алюминия
3.2 Микроструктура и морфология системы «керамическое покрытие -металлическая подложка»
3.3 Элементный и фазовый состав системы «керамическое покрытие -металлическая подложка (СтЗкп, ОТ4св)»

3.4 Влияние условий нанесения наноструктурных керамических покрытий из порошка оксида алюминия на изменение микротвердости и износостойкости системы «керамическое покрытие - металлическая
подложка»
Выводы к главе
Глава 4 Механизмы формирования переходной зоны на границе раздела «покрытие - подложка»
4.1 Микроструктура, морфология, элементный и фазовый состав переходной зоны на границе раздела «керамическое покрытие - металлическая подложка»
4.2 Модель формирования интерметаллидных соединений на границе раздела «керамическое покрытие - металлическая подложка», учитывающая изменение условий многокамерного детонационного осаждения керамических покрытий из оксида алюминия
Выводы к главе
Глава 5 Высокотемпературный отжиг и его влияние на структуру и физико-механические свойства системы «керамическое покрытие АЬоз
- металлическая подложка стЗкп»
5.1 Обоснование и выбор условий высокотемпературного отжига системы «керамическое покрытие А1203 - металлическая подложка СтЗкп»
5.2 Влияние условий отжига на морфологию, микроструктуру элементный и фазовый состав системы «керамическое покрытие А1203 -металлическая подложка СтЗкп
5.3 Зависимость микротвердости и триботехнических характеристик керамических покрытий из оксида алюминия от условий высокотемпературного отжига
Выводы к главе
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложение
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Одной из важнейших проблем современной промышленности является низкая работоспособность локальных рабочих поверхностей деталей машин и инструмента, которые подвергаются контактным и тепловым нагрузкам. Это, например, режущая кромка металлорежущего инструмента, формирующая поверхность штампа, изнашиваемые поверхности деталей машин и т.д.
В настоящее время для упрочнения изделий и улучшения физикомеханических свойств поверхности металлов и сплавов применяют защитные покрытия, обладающие высокими физико-механическими и химическими показателями: твердостью, стойкостью к износу и воздействию агрессивной среды, низкой тепло- и электропроводностью и т.д., что позволяет значительно повысить ресурс и надежность конструкционных деталей. Для изготовления защитных покрытий, отвечающих широкому ряду вышеперечисленных требований, широко применяют оксидно-алюминиевую керамику.
Применяемые на практике методы модификации поверхности защитными покрытиями на основе оксида алюминия (физические, химические и электрохимические), а также более новые (ионная имплантация, ионно-ассистируемое осаждение пленок, химическое и физическое испарение материала, электронно-лучевая обработка) не всегда могут напрямую привести к желаемому эффекту. Сравнительно новым направлением в данной области считается модификация поверхности с помощью многокамерной детонационной технологии, которая относится к газотермическим методам модификации покрытий. Метод многокамерного детонационного нанесения обеспечивает получение качественных покрытий при меньших затратах электроэнергии, компонентов горючей газовой смеси (по сравнению с другими газотермическими методами), а также позволяет получать покрытия толщиной до 500 мкм в условиях серийного производства. Однако, физические процессы,
фовки LaboPol-5, отрезной станок для фолы Accustom-5, станок электроэро-зионный - Sodick AQ300L, ионная пушка Fashione 1010 ION MILL;
- высокотемпературный отжиг - печь для отжига и закалки LT 5/12/В 180 Nabertherm GmbH, печь для отжига в среде аргона VHT 8/22-GR Nabertherm GmbH.
Качество полученных покрытий оценивалось по результатам исследований физико-механических свойств системы «керамическое покрытие - металлическая подложка».
2.1 Формирование керамических покрытий из порошка оксида алюминия многокамерным детонационным методом
Формирование наноструктурного керамического покрытия из порошка оксида алюминия на подложке из конструкционной стали СтЗкп и титанового сплава ОТ4св было проведено в Институте электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. Покрытия были нанесены многокамерным детонационным методом на двухкамерном газодинамическом устройстве [34,72], которое предназначено для модификации поверхности изделий путем осаждения порошковых покрытий из твердых сплавов, металлов и керамики [33].
Оборудование для детонационного нанесения покрытий представлено на рисунке 2.1. Многокамерное газодинамическое устройство состоит (рис. 2.
Ь) из детонационной камеры (1), где реализуется детонационный режим сгорания горючей газовой смеси. Кроме того, устройство содержит кумулятивно-детонационную камеру (2), работающую с использованием горючих смесей любой концентрации, что позволяет формировать высокоскоростную струю газа с избытком азота, углерода и т.д. Цилиндрическое сопло (3) предназначено для нагрева и ускорения порошковых материалов. Оно изготавливается из медных трубок и может иметь любую конфигурацию сечения и выходной диаметр от 10 до 30 мм. Помимо этого, многокамерное газодинамическое устройство имеет узел (4) для ввода и газовой отсечки газопорошко-