Закономерности формирования структуры модифицированных поверхностных слоев и покрытий в процессе вакуумной ионно-плазменной обработки сталей и титановых сплавов

• Автор: Банных, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Современное состояние методов модифицирования поверхности и

перспективы развития

1.1.1. Методы нанесения покрытий.

1.1.2. Современные направления конструирования вакуумных ионно плазменных покрытий

1.2. Физикохимические основы процессов азотирования и нанесения покрытий титановых сплавов

1.2.1. Диаграмма состояния i

1.2.2. Механизм диффузии атомов внедрения в титане

1.3. Структурные особенности процессов азотирования сталей и титановых

сплавов.
1.3.1. Внутреннее азотирование сталей и жаропрочных сплавов
1.3.2. Особенности термодиффузиониого азотирования титановых сплавов
Ф 1.4. Методы исследования поверхности
1.5. Остаточные макронапряжения в вакуумных иопиоплазмеииых покрытиях.
Выводы по литературному обзору
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Термодиффузиоииое насыщение титана
2.2. Ионное азотирование
2.3. Конденсация вакуумных ионноплазменных покрытий.
2.4. Рентгеноструктурный анализ
Глава 3. Исследование структурных особенностей формирования
модифицированных слоев при термодиффузионно.м и ионном азотировании сталей н титановых сплавов.
3.1. Термодиффузиоииое азотирование титана
3.2. Ионное азотирование сплава ВТ6
3.3. Ионное азотирование сталей ЭИ1 и ХНТ
Глава 4. Исследование состава, структуры и остаточных напряжений в
многослойных iii вакуумных ионноплазменных покрытиях
4.1. Исследования текстуры покрытий
щ 4.2. Исследование остаточных напряжений в многослойных покрытиях
4.3. Исследование остаточных напряжений в монослойных покрытиях
4.4. Исследование элементного состава и микроструктуры многослойных покрытий
Глава 5. Структура многокомпонентных покрытий.
5.1. Анализ химического состава многокомпонентых покрытий
5.2. Текстуры i,, покрытий , нанесенных при различных параметрах 1 технологии
5.3. Анализ структурных особенностей i, , покрытий в зависимости от 4 параметров ионноплазменного процесса
5.4. Служебные свойства покрытий
Выводы но работе
Список литературы


В методе ARE металл испаряется электронным лучом и дополнительная ионизация пара осуществляется в специально созданной плазменной области, в методе MSIP металл расплавляется бомбардировкой положительными ионами высокой энергии в плазме разряда вспомогательного газа (Аг), при этом для увеличения эффективности процесса используют магнитное поле, в методе AIP испарение металла из катода осуществляют с помощью дугового разряда в процессе эррозии материала катода. Совершенствование технологии позволило расширить области применения ионно-вакуумных покрытий и дало возможность контролировать их состав и «конструкцию». Прежде всего здесь следует отметить широкое применение материалов с покрытиями в медицине [2 - 4]. Наиболее эффективными современными направлениями оптимизации покрытий являются: (1) нанесение многокомпонентных покрытий, когда наряду с основным металлическим компонентом (Ti, Zr) в состав покрытий вводят такие элементы как Al, Cr, Nb, Y, Si; (2) многослойные покрытия, в которых за счет использования испарителей разного химического состава получают чередующиеся слои, толщина которых может варьироваться от нескольких до сотен нанометров. В последние годы повышенный интерес вызывают многокомпонентные покрытия [5-]. Для ряда систем показано, что трехкомпонентные покрытия имеют более высокую твердость и сопротивление износу по сравнению с двойными соединениями на основе этих элементов [5, 8]. При исследовании структуры и СВОЙСТВ покрытий систем ТІї. АІхК ТІ|. СгхМ и Ті|. К для всего диапазона изменения х от нуля до единицы [8] т. ТіИ-АІМ, Т1Ы-СгЫ и Т1Ы-2гЫ показано, что микротвердость трехкомпонентных нитридов выше, чем для двухкомпонентных - ГПа для ТІЙ, ГПа для 2гЫ и ГПа для СгЫ. Максимальные значения микротвердости соответствуют различным содержаниям третьего компонента: для Тіі. А1хН для х=0,5-0,7 Ну=- ГПа; для Ті|. Н для х=0,4-0,5 Ну=- ГПа; для Тіі. СгхМ для х=0,2 Ну= ГПа. В работе [] исследовали покрытия (Ті,2г)М, (Т1,ЫЬ)Ы и (2г,КтЬ)Ы. Максимальную твердость (~ ГПа) показали (Ті^Ь)И покрытия при отношении І4Ь/(Ті+>ІЬ)=0,5; для (2г,ЫЬ)П максимум твердости (~ ГПа) смещен в сторону N6; для (Ті,2г)М максимум твердости ( ГПа) смещен в сторону 2г. Добавление дополнительных атомов металлоидов с образованием, в частности карбонитридных и оксинитридных покрытий влияет на свойства покрытий более сложным образом. Как правило, карбонитридные покрытия имеют более высокую, а оксинитридные менее высокую твердость по сравнению с нитридами, что соответствует индивидуальным свойствам этих соединений. Некоторые элехменты, такие как иттрий и кремний, при добавлении их в количестве до % приводят к аморфизации структуры покрытий [9-]. Т и . Вариации содержания кремния получали изменением парциального давления азота и напряжения на подложке. Для улучшения адгезии предварительно наносили слой титана толщиной 0 нм. С увеличением содержания Б1 происходит растекстурирование и сильное уширение пиков, размер зерна оценен по уширению в нм. Не наблюдали следов линий зЫ4. ТЕМ исследования показали наличие зерен с размером нм. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (ХРБ) показано, что в зависимости от парциального давления азота можно изменять состояние кремния от элементарного (0, Па, что соответствует ат. Ы4 (0, Па, что соответствует 6 ат. Измерение микротвердости показало значительное (примерно в два раза) преимущество пс-ТЧЫ/а^з^ по сравнению с Т1Ы. Добавление в ZrN нитрид [] приводит к частичной аморфизации структуры, которую можно отнести к аморфно-кристаллической при содержании кремния >5 ат. Микротвердость увеличивается от до ГПа при увеличении содержания кремния до 5 ат. И ГПа при ат. В отличие от системы ИЫ здесь не отмечено такого значительного повышения твердости. Однако скорость окисления 2гМ нитрида с ат. К нитрида при температурах до 0 С, при меньших и больших концентрациях кремния скорость окисления увеличивается. Многокомпонентные покрытия имеют принципиально отличающийся от двухкомпонентных механизм формирования структуры, о чем свидетельствуют радикальные изменения кристаллографической текстуры в многокомпонентных покрытиях [8], в то время как в двухкомпонентных покрытиях текстура стабильно воспроизводится в широких пределах вариации параметров напыления. При исследовании системы Т1|.