Физикохимия поверхности покрытий на тантале и стали 45, полученных при низковольтных электрических разрядах металлами IVБ-VIБ групп в качестве анодов

• Автор: Ягодзинский, Денис Леонидович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ ф ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДАХ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Электроискровое легирование как метод получения неравновесных конденсированных систем на поверхности материала

0 1.2. Механизм электроискровой эрозии

1.3. Представления о формировании электроискровых покрытий . .

1.4. Постановка задачи

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО,

ФАЗОВОГО СОСТАВОВ И РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ ПОКРЫТИЙ

2.1. Энергомассанализ

г 2.2. Рентгенофазовый анализ поверхности покрытий

2.3. Электроннозондовый микроанализ

2.4. Растровая электронная микроскопия
2.5. Сканирующая туннельная микроскопия.
2.6. Методика приготовления образцов
. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ ФАЗ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПОКРЫТИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ 1УБ У1Б ГРУПП НА ТАНТАЛЕ И СТАЛИ
НИЗКОВОЛЬТНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РАЗРЯДАМИ
3.1. Элементный состав покрытий.
3.1.1. Данные энергомассанализа
3.1.2. Данные микрозондового анализа
3.2. Общая характеристика фазового состава покрытий.
3.3. Образование нитридов и оксидов металлов ГУБ У1Б групп
при воздействии низковольтных электрических разрядов
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ
МИКРОСКОПИИ.
4.1. Поверхность закаленной стали
4.2. Поверхность медного покрытия
4.3. Поверхность покрытий из ниобия и тантала
4.4. Поверхность вольфрамовых покрытий.
ГЛАВА 5. РАСЧЕТЫ ФАЗ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ПРИ НИЗКОВОЛЬТНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДАХ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Ограниченность известных моделей связана с тем, что с одной стороны, искровой разряд, используемый в установках электроискрового легирования, характеризуется коротким временем существования и малой пространственной, локализацией. В частности, малость пробойных промежутков не позволяет провести их измерение традиционными методами оптической микроскопии и ответить на вопрос о том, какое начало имеет пробой при напряжении на электродах в несколько десятков вольт контактное или бесконтактное. Разделение процессов может быть проведено методическим путем, как это было сделано, например, для высоковольтных разрядов в вакууме . В электроискровом легировании, точно так же, как и в родственной ему электроэрозионной обработке, можно было бы с помощью регрессионного анализа построить корреляционные соотношения свойств вида степень шероховатости ток разряда и фазовый состав ток разряда . Однако объем материальных и временных затрат по определению таких зависимостей велик, так как в электроискровом легировании велико разнообразие используемых материалов электродов. Поэтому для определения принципа выбора материала и условий обработки необходимо установить основные физикохимические закономерности формирования фазовоэлементного состава и рельефа покрытий. Для исследования закономерностей фазообразования были выбраны чистые металлы IV VI групп Периодической системы Д. И. Менделеева, которые являются удобными модельными объектами. Тантал, как металл катода, был выбран по двум причинам. Вопервых, взаимодействие кислорода с металлами IV VI групп наиболее полно известно для тантала, хотя реакции его окисления сложны. Вовторых, среди указанных металлов тантал имеет наименьший порог хладноломкости, что позволяет получать покрытия без заметного разрушения катода. Кроме этого, способность их к взаимодействию с элементами воздуха хотя и индивидуальна, но монотонно изменяется при последовательном переходе от одного элемента к другому в ряду или группе Периодической системы. В качестве второго катода была выбрана закаленная сталь , которая является широко распространенным конструкционным материалом. Цель работы изучить влияние факторов, приводящих к образованию химических фаз в системе металлазоткислород и формированию рельефа поверхности при воздействии низковольтных электрических разрядов на примере переходных металлов IV VI групп Периодической системы. Оценить температуру реакционной зоны на основании сравнения термодинамических расчетов с данными эксперимента. Научная новизна работы. Впервые выполнено систематическое исследование элементнофазового состава покрытий, образованных при взаимодействии анодов из переходных металлов 1УБ VIБ групп П, Хт, НС V, 6, Та, Сг, Мо, XV и Бе с катодами из тантала и стали при низковольтных электрических разрядах. Установлено количественное соотношение оксидов, нитридов и интерметаллидов в поверхностном слое покрытий. Впервые методом сканирующей туннельной микроскопии изучена поверхность покрытий, полученных на основе переходных металлов при низковольтных электрических разрядах, на участках протяженностью 53 нм. Обнаружены неоднородности покрытий, имеющие размер 5 нм. Показано, что формирование рельефа зависит от теплофизических параметров металлов анодов. Методом термодинамического моделирования программа БнДСМЭТ произведены расчеты фазового состава в системе МеЫО при температурах до К. Показано, что по составу образующихся фаз можно оценить верхний температурный интервал реакционной зоны при низковольтных электрических разрядах, составляющий К. Практическая значимость работы. В проведенных исследованиях представлен комплексный подход к поиску оптимальных технологических параметров для получения покрытий методом электроискрового легирования. Изучение взаимосвязи фазового состава и химических свойств тутоплавких металлов расширяет перспективу их применения в качестве компонентов электродных материалов. Установленная морфология поверхности на участках протяженностью 5 3 нм может служить основой для получения наноструктур покрытий. Образование фаз с пониженным содержанием азота или кислорода при воздействии низковольтных электрических разрядов.