Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники

• Автор: Мацнев, Николай Петрович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Глава I. Анализ условий функционирования узлов трения в бытовых машинах и приборах. Формулировка требований к защитным покрытиям. (Обзор литературы. Постановка задачи исследований.)
1.1. Анализ условий эксплуатации и причин выхода из строя узлов бытовых машин и технологического оборудования предприятий бытового обслуживания и коммунального хозяйства
1.2. Механизм фрикционного разрушения рабочих поверхностей
1.3. Оценка применимости технологических методов повышения срока службы деталей бытовых машин и оборудования коммунального хозяйства
1.4. Анализ современных и перспективных материалов для
покрытий
1.5. Прогнозный анализ оптимальной архитектуры слоистых и композитных
покрытий на основе АПП и ДПМ-материалов
Глава II. Методика импульсного лазерного осаждения наноструктурированных покрытий и методы их исследования
2.1 .Установка для импульсного лазерного осаждения покрытий
2.2.Технологические режимы импульсного лазерного осаждения
покрытий
2.3 Методы структурно-фазового анализа сформированных покрытий
Глава III. Химические и структурно-фазовые характеристики лазерно-осажденных покрытий из дихалькогенидов переходных металлов и
углерода
3.1. Химический состав ДПМ покрытий при импульсном лазерном осаждении

3.1.1. Зависимость стехиометрического состава покрытий от лазерного флюенса и давления буферного газа
3.1.2. Исследование и измерение концентрации микропримесей в покрытиях
3.1.3. Химическое состояние атомов в покрытиях
3.2. Структурно-фазовое состояние лазерно-осажденных покрытий из ДПМ материалов
3.2.1. Микро- и нано-структурные особенности покрытий
3.2.2. Текстура лазерно-осажденных покрытий
3.3. Структурное состояние покрытий из углерода
Глава IV. Структура и трибологические свойства слоистых и композитных покрытий на основе ДПМ материалов и углерода
4.1. Лазерное осаждение слоистых ДПМ/а-С покрытий
4.1.1.Морфология ДПМ-слоев и топография поверхности
4.1.2. Химическое состояние элементов на границе МДП и а-С слоев
4.1.3.Трибологические свойства двухслойных ДПМ/а-С покрытий
4.1.4. Формирование многослойных ДПМ/а-С покрытий и исследование их
трибологических свойств
4.2. Лазерное осаждение нано-композитных покрытий
4.2.1. Химическое и структурное состояние нано-композитных покрытий
4.2.2. Трибологические свойства нано-композитных покрытий
Заключение
Литература

Одной из основных задач в коммунальном хозяйстве и бытовом обслуживании на современном этапе наряду с обеспечением высокого качества оказания
• услуг является повышение качества и надежности машин и агрегатов, что может быть достигнуто при использовании высоких технологий на финишных операциях изготовления деталей бытовых машин и технологического оборудования предприятий сервиса.
Диссертация посвящена разработке лазерной технологии формирования мно-
• гофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники.
Исследования и разработки, представленные в диссертации, выполнены на кафедре «Общая и прикладная физика» Московского государственного университета сервиса и в лаборатории «Модифицирование материалов лазерным и ионным излучением» Московского инженерно-физического института (государственного университета).
Актуальность проблемы.
В настоящее время высокие технологии все активнее внедряются в различные
® сферы жизнедеятельности человека, в том числе в производство бытовых машин
и приборов. Это приводит к существенному усложнению конструкции отдельных узлов бытовой техники и повышению требований к технологии их изготовления и ремонта. Одним из перспективных способов повышения ресурса ответственных узлов является нанесение покрытий, существенно изменяющих свойства рабочих поверхности деталей. Среди наиболее известных и получивших широкое развитие методов формирования покрытий следует выделить газотермиче-
• ское напыление в различных модификациях. Общие требования к поверхности обрабатываемого материала (детали, изделия), применяемым материалам и покрытиям устанавливаются по ГОСТ 28844-90. Эти методы разрабатываются уже более 10 лет и к настоящему времени достаточно хорошо исследованы с точки зрения особенностей структурообразования формируемых покрытий и их экс-плуатационных свойств.

аморфная нано крист аттические
матрица включения
Рис. 1.6. Схематическая структура аморфно-кристаллического нанокомпозита высокой прочности (аморфная матрица - керамика, металл, углерод, нанокристаллы - бориды, карбиды, нитриды, оксиды).
Согласно уравнению (1) прочность композита может быть повышена за счет модуля упругости и поверхностной энергии комбинированной фазы, а также при уменьшении размеров кристаллических гранул. Что касается сверхтвердых композитов, кроме выбора соответствующих систем материалов, модуль упругости существенно возрастает с уменьшением размера гранул ввиду некогерентности деформаций решетки и большого объема границ гранул. Практически всегда существуют дефекты на границах гранул, а размер гранул 3 нм оказался близким к минимально возможному. Ниже этого предела эффект упрочнения исчезает, так как границы гранул и сами грани неотличимы и устойчивость нанокристалической фазы существенно снижается [45-49].
Эти композитные конструкции увеличивают модуль упругости и твердость, но не всегда дают высокие характеристики вязкости. Во-первьгх, запрещены дислокационные механизмы развития деформации и развитие трещины является основным механизмом релаксации деформации, когда напряжения превышают предел прочности. Во-вторых, уравнение Гриффиса не принимает во внимание энергетический баланс развития трещины, который включает энергию, требуемую для разрушения связей и превосходит потери на