Разработка твердых износостойких наноструктурных покрытий в системах Ti-Si-N, Ti-B-N, Cr-B-N, Ti-Cr-B-N

• Автор: Кирюханцев-Корнеев, Филипп Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1 Аналитический обзор литературы

1.1 Тврдые износостойкие покрытия основные направления развития

1.2 Пути улучшения эксплуатационных свойств покрытий Т1Ы, за счт легирования третьим и четвртым компонентом

1.3 Критерии оценки физикомеханических и трибологических свойств покрытий.

1.4 Механизмы локализованной деформации наноструктурных покрытий

1.5 Современные методы получения тврдых износостойких покрытий

на основе тугоплавких соединений переходных металлов.

1.6 Перспективы использования метода СВС для изготовления мишеней

Глава 2 Методика эксперимента.

2.1 Силовое СВСкомпактирование
2.2 Магнетронное распыление композиционных СВСмишеней.
2.3 Методы исследования структуры и состава покрытий.
2.4 Методы исследования физикомеханических и трибологических свойств
покрытий
2.5 Методика исследования локализованной деформации многокомпонентных наноструктурных покрытий.
Глава 3 Закономерности формирования тврдых наноструктурных покрытий в
системе осажднных с использованием СВСмишеней П1зПЫ
и ПзП
3.1 Химический состав покрытий.
3.2 Параметрическое исследование. Закономерности формирования
двухфазных состояний
3.3 Морфология и топография поверхности покрытий
3.4 Исследование взаимосвязи между химическим и фазовым составом
покрытий и их физикомеханическими свойствами.
3.5 Сравнительный анализ трибологических свойств покрытий в системе
ТМЙЫ и покрытий ТАЧ.
Глава 4 Основные закономерности влияния структуры на физикомеханические и
трибологические свойства покрытий Т1ВЫ, СгВЫ, ТьСгВМ
4.1 Влияние технологических параметров процесса магнетронного
распыления на фазовый состав.
4.2 Влияние легирования хромом на рельеф поверхности и размер зерна кристаллической фазы покрытий ТГВЫ
4.3 Физикомеханические свойства и адгезионная прочность покрытий. Сверхтврдые материалы в системе Т1СгВЫ.
4.4 Сравнительный анализ трибологических свойств покрытий в системах
ПВМ, СгВЫ, ТьСгВК Влияние химического состава на поведение
покрытий в условиях трения
Глава 5 Локализованная деформация многокомпонентных наноструктурных
покрытий
5.1 Особенности структуры и морфология многокомпонентных наноструктурных покрытий.
5.2 Механизмы локализованной деформации
5.3 Особенности физикомеханических свойств наноструктурных
покрытий
Выводы.
Список литературы


Нижний предел составляет 2 нм [], хотя недавно были получены материалы с размером кристаллитов менее 1 нм [, ]. В таких материалах возможно проявление квантовых эффектов, что существенным образом изменяет механические, оптические и электрические свойства вещества. Так, например, нанокерамика может пластически деформироваться, что находится в сильном противоречии с хрупким поведением, ассоциирующимся с обычной керамикой. Следовательно, можно говорить о наноструктурном состоянии твердых тел, принципиально отличном от обычного кристаллического или аморфного. Решающую роль во влиянии на уникальные свойства наноматериалов играет наличие в них многочисленных поверхностей раздела, что позволяет с одной стороны проводить модификацию структуры и электронного строения твёрдых тел, с другой -использовать новые возможности в легировании элементами в независимости от химической природы и атомных размеров []. Твёрдость является одной из основных характеристик покрытий. На этом явлении основано упрочнение материала за счёт перехода, к нанокристаллической структуре. Согласно [] зернограничного скольжения можно избежать при: а) создании многослойных покрытий типа «superlattice», содержащих два различных материала (существенно отличающихся по модулю упругости), с резкой межфазной границей, малой толщиной слоёв; б) формировании наноструктурных покрытий, в которых обеспечивается зернограничное упрочнение, достигаемое двумя путями: 1) если структура материала состоит из нанокристаллических частиц одной фазы, находящихся в аморфной матрице второй фазы (тип пс-/а-), 2) если структура состоит из двух различных фаз нанокристаллического строения с когерентной поверхностью раздела (тип пс-/пс-). Такие двухфазные системы можно получить, учитывая следующие условия: обе фазы должны быть отделены друг от друга во время осаждения, то есть- должны быть несмешивающимися и иметь высокую когезионную энергию поверхности раздела. Аморфная или другая нанокристаллическая фаза должна обладать определённой «податливостью» структуры, для того, чтобы хорошо воспринимать когерентные напряжения без формирования пустот, неустойчивых границ и т. Оба материала должны быть тугоплавкими. Покрытия, в которых выполняются данные условия, демонстрируют феноменальные значения твёрдости: >0 ГПа (nc-TiN/a-Si3NVa-TiSi2+nc-TiSi2) [], ПТа (nc-TiN/BN) []. Причём наноструктурные покрытия при высокой твёрдости могут обладать различным сочетанием упругих и пластических характеристик. В работе [] многокомпонентные тонкие плёнки при близком значении твёрдости (~ ГПа) обладали в зависимости от состава значениями модуля упругости 0 и 0 ГПа. Были получены покрытия в системе Ti-Al-V-N с величиной упругого восстановления - % и существенно отличающейся твёрдостью - и ГПа []. Таким образом, область наноструктурных покрытий является приоритетной при создании новых уникальных по своим свойствам твёрдых износостойких материалов. Имеется острая необходимость в исследовании новых возможных технологических путей получения материалов данного класса. С этих позиций недостаточно освоен перспективный метод распыления композиционных мишеней, изготовленных с помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Для получения наноструктурных тонких плёнок используется принцип введения в состав покрытий (например, ТЧМ или Т1С) дополнительных элементов. При осаждении многокомпонентных покрытий формируются кристаллические фазы, растворимость в которых легирующего элемента ограничена, вследствие этого легирующий элемент сегригирует по границам зёрен. Это приводит к обрыву роста зерна и формированию • ; аморфной фазы или кристаллической фазы другого состава. Развитие износостойких покрытий началось с ТЮ и Т1М. Поначалу обласгь использования покрытий на основе тугоплавких соединений титана ограничивалась режущим инструментом. Ряд исследований позволил сделать вывод о том, что ТЮ в ф I основном уменьшает износ по задней поверхности режущей пластины (т. ТО-* уменьшает образование лунки на передней грани резца, замедляет диффузию материала в стружку [].