Механические свойства нанокомпозитных покрытий на основе Fe и Co с различными упрочняющими фазами (Al2O3, SiO2, MgO, CaF2)

• Автор: Трегубов, Илья Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТРУНЫЙ ОБЗОР

1.1 Механические свойства наноструктурированных материалов

1.2 Механизмы деформации и разрушения наноструктурированных пленок

1.2.1 Внутризеренное скольжение решеточных дислокаций

1.2.2 Зернограничное скольжение

1.2.3 Ротационные механизмы деформации

1.2.4 Зернограничная диффузионная ползучеть по Кобле и диффузионная ползучеть по тройным стыкам

1.3 Нанокомпозитные покрытия

1.4 Гранулированные нанокомпозиты металл — диэлектрик

2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
2.1 Получение и аттестация образцов
2.2 Методика измерения температурных зависимостей сопротивления композитов в интервале 290 - 900 К
2.3 Методика измерения магниторезистивных свойств
2.4 Методика определения микротвердости композитных покрытий
2.5 Исследование микротвердости с помощью метода непрерывного кинетического индентирования
2.6 Методика определения износостойкости
2.7 Методика определения адгезионной прочности
3. СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ Fex(Al203)ioo_x
3.1 Структура композитов Fex(A]203)ioo-x
3.2 Микротвердость композитов Fex(Al203)ioo-x
4. СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ (Fe45Co45ZrIO)x(Al203)ioo-x
4.1 Структура композитов (Fe45Co45Zrio)x(Al203) юо-х
4.2 Микротвердость композитов (Fe45Co4sZr:o)x(Al203)ioo-x
5. ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ И АДГЕЗИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ Fex(Al203)ioo-x и (Fe45Co45Zrio)x(AI203)ioo-x
5.1 Износостойкость композитных покрытий
Fex(Al203)ioo-x и (Fe45Co45Zrl0)x(AI2O3),00.x

5.2 Адгезионная прочность композитных покрытий
Рех(А12()з) 100-х И (1:е45С045/Гю)х(А120з)юО-х
6. ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ Рех(А12Оз)юо-х, (Ре45Со45гг,о)х(А12Оз)1со.х 1Ю
5.1 Структура композитов после термических отжигов
Рех(А12О3),00-х и (РС45С0452Г1о)х(А120з)юО-х
5.2 Микротвердость композитных покрытий
РеДАЬОзДоО-х И (Ре45С045ХГ;о)х(А1203)100-х после термических отжигов
7. СТРУКТУРА И МИКРОТВЕРДОСТЬ КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА В СОЧЕТАНИИ С
РАЗЛИЧНЫМИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ФАЗАМИ
7.1 Структура композитов Сох-(А1203)юо-х, Сох-(8Ю2)юо-х, Сох-(СаР2)1оо-х
7.2 Микротвердость композитов Сох-(А1203)юо-х, СОхЛДЮгЭюо-х,
Сох-(СаР2)кю-х, Сох-(МсО) юо-х
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Прогресс технологий предъявляет все более жесткие требования к повышению качества и надежности конструкционных материалов, способных сопротивляться как динамическим, так и статическим воздействиям различной природы, что, в конечном итоге, должно приводить к значительному увеличению ресурса эксплуатации готовых изделий. Для решения подобных задач существуют разные подходы, одним из которых является модификация поверхности изделий или механизмов, так как именно поверхность всегда подвергается наиболее сложным условиям коррозии и износа, при этом само объемное изделие или деталь могут изготавливаться из обычных конструкционных материалов с невысокими эксплуатационными характеристиками.
В последнее время актуальным направлением модификации поверхности стало создание многокомпонентных наноструктурированных покрытий, в которых рост эксплуатационных характеристик обеспечивается не столько за счет элементного состава покрытия, сколько за счет его морфологии и наноструктурированности. Использование наноструктурного состояния, действительно, позволяет достигать высоких значений твердости, однако, несмотря на значительные абсолютные величины, достигнутые, например, в системах на основе карбидов или нитридов титана, существуют проблемы, затрудняющие использование таких покрытий. Это низкая вязкость, слабая в ряде случаев стойкость к термическому окислению, чрезвычайно высокая чувствительность физических свойств к параметрам процесса получения покрытий, сравнительно высокая стоимость покрытий. При нанесении сверхтвердых покрытий возникает серьезная проблема, связанная с несогласованностью коэффициентов термического расширения покрытия и подложки, что требует создания нескольких промежуточных слоев. Подобные минусы известных решений инициируют дальнейшие поиски новых защитных покрытий.

1.3. Нанокомпозитные покрытия
Нанокомпозитные покрытия представляют новую генерацию материалов и сильно отличаются от обычных материалов [107]. Дислокационная активность является главной причиной того, что свойства обычных материалов, состоящих из больших (> 100 нм) зерен, могут быть улучшены только легированием другим элементом, но не радикально изменены, как в случае нано-композитных материалов, состоящих из маленьких (< 100 нм) зерен. Материалы, состоящие из смеси, по крайней мере, двух различных видов маленьких (< 100 нм) зерен, определены как нанокомпозитные материалы. Дислокации прекращают генерироваться в зернах с размером ~ 10 нм. Это означает, что когда размер зерна б уменьшается, дислокационная активность постепенно заменяется новыми процессами деформации, в частности усилением границ зерна, скольжением границ зерна и электронным соединением между атомами в соседних зернах и/или атомами в граничных областях [108]. Кроме того, отношение Б/У поверхности 8 и объема V зерен, также отношение N(/N5, количества атомов в граничной области, окружающей зерно, и в зерне также сильно увеличиваются с уменьшением с1. Свойства нанокомпозитных материалов определяются размером и формой зерен и топологией границ вокруг зерен. Это главные причины, почему нанокомпозитные покрытия показывают улучшенные свойства и очень часто совсем неожиданные новые уникальные физические и функциональные свойства.
Нанокомпозитные материалы из-за очень маленького (< 10 нм) размера зерен, из которых они состоят, и значительной роли граничных областей, окружающих отдельные зерна, ведут себя другим образом по сравнению с обычными материалами с зернами больше, чем 100 нм, и таким образом они обладают совершенно новыми свойствами [109, 110]. Это особый класс наноматериалов, характеризующийся гетерогенной структурой, которая образована практически не взаимодействующими фазами со средним линейным
размером структурных элементов <100 нм. Они состоят, как минимум, из