Комплексное модифицирование сталей и покрытий TiN в плазме дуговых разрядов низкого давления

• Автор: Гончаренко, Игорь Михайлович
• Шифр специальности: 05.16.01, 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 168 с. : ил.

Оглавление.
В веление.

Глава I Вакуумнодуговые методы нанесения покрытий типа ТО

1.1. Физические основы и краткая характеристика параметров процесса испарения материалов в вакуумнодуговом разряде.
1.2. Влияние параметров формирования ионноплазменных конденсатов при бомбардировке высокоэнсргетичными частицами и условия на границе сопряжения подложкапокрытие

1.2.1. Роль условий па поверхности сопряжения покрытиеподложка.

1.2.2. Влияние технологических параметров на закономерности формирования вакуумнодуговых конденсатов
1.2.3. Закономерности формирования покрытий при ассистировании высокоэнергетичными ионными пучками.
Заключение

Глава 2 Постановка задачи. Материалы, экспериментальное оборудование и методы

исследования.

2.1.1 Остановка задачи
2.2. Материал исследования
2.3. Экспериментальное оборудование.
2.4. Методы исследования
2.4.1. Методика рентгеноструктурного анализа
2.4.2. Методика исследования структуры объектов путем использования просвечивающей дифракционной электронной микроскопии
2.4.3. Методика элементного анализа с помощью массспектрометрии вторичных ионов.
2.4.4. Методы исследования материалов с помощью микроскопического анализа.
2.4.5. Тесты механических испытаний.
Глава 3 Ионное азотирование сталей в плазме дугового разряда низкого давления .
3.1. Структурнофазовые превращения при азотировании
3.2. Азотирование сталей Х и ХНТ в несамостоятельном дуговом разряде низкого давления
3.2.1. Структура и микротвсрдость азотированного слоя ферритоперлитной
стали после обработки в плазме дугового разряда низкого давления
3.2.2. Структура и микротвердость азотированного слоя аустенитноЙ
нержавеющей стали XН ЮТ после обработки в плазме дугового разряда низкого давления.
3.3. Низкотемпературное азотирование закаленной на мартенсит стали Х.
3.3.1. Эволюция микротвердости закаленной на мартенсит стали Х в процессе низкотемпературное азотирования в дуговом разряде.
3.3.2. Эволюция дефектной субструктуры и фазового состава закаленной стали в процессе низкотемпературного отпуска при азотировании в дуговом разряде
3.4. Совмещение поверхностного легирования стали нитридообразующим
металлом с азотированием в плазме дугового разряда
Выводы к главе
Глава 4. Плазменноассистированное нанесение износостойких ТИМнокрытий в
дуговых разрядах низкого давления.
4.1. Физические аспекгы плазменноассистированного нанесения покрытий.
4.2. Модификация структуры Т1И покрытия в процессе плазменноассистированного роста
4.2.1. Особенности формирования структуры покрытия
4.3 Формирование износостойкого комплексного покрытия на поверхности
конструкционной стали Х и исследование его механических свойств.
4.3.1. Формирование трехслойного износостойкого покрытия на поверхности конструкционной стали Х в плазме дуговых разрядов низкого давления в едином технологическом цикле.
4.3.2. Экспериментальное исследование адгезионных свойств и износостойкости покрытий, осажденных на стальные подложки с различным фазовым состоянием структуры поверхностного слоя
4.4. Улучшение морфологии поверхности и снижение капельной фракции
вакуумной дуги в покрытии при плазменноассистированном напылении в
дуговых разрядах низкого давления.
Выводы к главе
Заключение
Список литературы


Проведены исследования методами оптической и растровой электронной микроскопии возможности плазменной фильтрации капельной фракции вакуумной дуги при плазменноассистированном напылении в дуговых разрядах низкого давления и выявлены условия снижения их содержания. В заключении приводятся основные выводы, полученные в диссертации. Вакуумнодуговое напыление покрытий типа i входит в группу способов получения тонких пленок с определенными свойствами, когда атомарноионный поток осаждаемого вещества создается с помощью физических процессов нанесения i v ii V материалов в вакууме. Различие методов V состоит в принципах физического испарения вещества и различной степени ионизации потока. Одним из первых методов вакуумнодугового напыления покрытий, получившим общее признание и широкое распространение, является метод конденсации с ионной бомбардировкой КИБ. Ниже рассмотрим основные физические процессы, протекающие при испарении металла катодным пятном вакуумной дуги, распространении катодной плазмы, осаждении испаренного материала на подложку и взаимодействии его с реакционноспособным газом, и влияние ионной бомбардировки во время роста конденсата на структуру, состав и свойства покрытий. Дуговой разряд в вакууме характеризуется низким напряжением горения разряда В, порядка первого ионизационного потенциала атомов материла катода высокой концентрацией заряженных частиц в прикатодной области см 3
большой плотностью тока в области катодной привязки разряда Асм наличием порогового тока относительно высокой энергией ионов десятки электронвольт, покидающих катодную область дуги. Наименьшее напряжение в катодной области дуги носит название катодного падения потенциала. Единственным источником нос ганки частиц в разрядный промежуток вакуумной дуги является сам катод 1. Перенос тока дуги на катод осуществляется как ионами, поступающими из приэлектродной плазмы, так и электронами, которые эмитируются из металла в области катодного пятна. Основной особенностью дугового разряда является локализация разрядного тока на катоде в так называемом катодном пятне небольшой ярко светящейся области на поверхности электрода, хаотически перемещающемся по ею поверхности. После поджига вакуумной дуги в начальной стадии разряда на торцевой поверхности катода возникают быстро перемещающиеся пятна первого типа. Спустя некоторое время появляются катодные пятна второго типа, имеющие большие размеры и обладающие меньшей скоростью перемещения. Число катодных пятен второго типа быстро нарастает, и через время порядка 5 4 с на поверхности катода остаются только пятна второго типа, имеющие тенденцию к слиянию и образованию ассоциаций. Характерные параметры катодных ияген второго типа следующие размер 6 КГ4 м скорость перемещения 0, мс время жизни 5 1, с. Число пятен в ассоциации возрастает с увеличением тока, и расположены они на расстояниях порядка диаметра пятна 2. В пределах этих пятен локализуется практически весь поток заряженных частиц катодной области разряда. В катодных пятнах второго типа эрозия носит термический характер и составляет кгКл, что на три порядка превышает эрозию в катодных пятнах первого типа. Измерить непосредственно плотность тока в пятне проблематично. Тем не менее, большинство экспериментаторов склонны оценивать плотность тока в катодном пятне в пределах Асм2 при токе в пятне от единиц до сотен ампер в зависимости от материала катода 2, . Локальная плотность мощности в пятне достигает значений порядка I О7I О8 Втсм2. Поэтому в области пятна поверхность катода нагревается за времена 6 с до температур 3 С, превышающих температуры кипения металлов. В результате интенсивного взрывного испарения материала образуется прикатодная плазма, которая характеризуется весьма высокими значениями физических параметров концентрация частиц п см3 и более, степень ионизации а 0, температура электронов Те эВ 2, 9. Естественно, что плазма с такими параметрами, формирующаяся в непосредственной близости от эмиссионной зоны, не может находиться в равновесии, она разлетается из области пятна со скоростью порядка 6 смс 2.