Закономерности формирования структуры в поверхностном слое деталей из конструкционных металлических материалов в процессе вакуумной ионно-плазменной обработки

• Автор: Соколов, Игорь Викторович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 199 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I Состояние вопроса.

1.1. Вакуумная ионноплазменная обработка конструкционных

материалов авиационной техники.

1.1.1. Комплексшя обработка поверхности.

1.1.2. Многокомпонентные покрытия

1.1.3. Многослойные покрытия.

1.1.4. Оборудование для процессов вакуумной ионноплазменной обработки.

1.2. Технология, осуществляемая при вакуумной ионноплазменной обработке

1.2.1. Технологические параметры процессов формирования покрытий.

1.2.2. Формирование покрытий различного служебного назначения.
1.3. Контроль качества формируемых покрытий.
1.3.1. Сканирующая туннельная микроскопия
1.3.2. Зонды для сканирующей туннельной микроскопии
1.3.3. Поверка сканирующих зондов и сканирующих туннельных микроскопов.
1.4. Заключение по литературному обзору и постановка задач
исследования.
Глава II Объекты и методы исследования
2.1. Объекты исследования.
2.2. Методы исследования
2.2.1. Метод измерения контактной разности потенциалов .
2.2.2. Измерение толщины покрытий.
2.2.3. Измерение микротвердости.
2.2.4. Метод рентгеноструктурного анализа.
2.2.5. Метод исследования поверхности растровым электронным микроскопом у у
2.2.6. Метод исследования поверхности сканирующим туннельным микроскопом о
2.2.7. Метод измерения шероховатости поверхности
2.2.8. Метод исследования химического состава поверхности
Глава III Оценка наноструктурных изменений поверхностных слоев
конструкционных материалов, при технологических
воздействиях
3.1. Разработка приспособления для электрохимического
изготовления сканирующих зондов.
3.2. Аттестация зондовых игл и поверка сканирующего
туннельного микроскопа
3.3. Система позиционирования в постоянных координатах
3.4. Исследование поверхностных слоев конструкционных
материалов в постоянных координатах относительно зонда.
Глава IV Исследование закономерностей формирования наноструктур
в поверхностном слое конструкционных металлических материалов на технологических этапах процесса нанесения
вакуумных ионноплазменных покрытий.
4.1. Формирование наноструктур в поверхностном слоя при
осуществлении процесса ионного травления.
4.2. Исследование формирования структур конденсата материала при нанесении покрытий
4.3. Исследование формирования структур по границе металлпокрытие
4.4. Формирование нанометрических структур при создании промежуточных и основных слоев в многослойных покрытиях.
Глава V Исследование закономерностей формирования наноструктур в поверхностном слое при модифицировании конструкционных материалов.
Выводы по работе.
Список литературы


Скорость износа снижается в 3-4 раза при дозе 2,5x ион/см2, затем резко увеличивается практически до исходного значения после дозы 5x ион/см2 , снижается более, чем на порядок при дозах >1 х ион/см2. ГПа при дозе 5x ион/см". Содержание азота в поверхностных слоях оценивали методом обратного резерфордовского рассеяния. Авторы связывают высокие трибологические свойства ионно - имплантированного Ti-6A1-4V сплава с благоприятным сочетанием прочностных свойств азотированного подслоя и поверхностного слоя ТЮ2 , выступающего в роли смазки. Положительный эффект от такого сочетания слоев реализуется при низких дозах облучения, когда концентрация азота в подслое не превышает 6 ат. Ti2N и TiN нитридов. Промежуточные дозы облучения дают подслой, состоящий из TiNo,3 нитрида, который не обеспечивает благоприятного сочетания трибологических характеристик в контакте с ТЮ2. Одним из эффективных приложений комбинированных технологий является повышение сопротивления коррозии сталей, в том числе нержавеющих. Есть два варианта комбинированных технологий: 1) нанесение слоя чистого металла на подложку и последующее ионное азотирование; 2) ионное азотирование или ионная имплантация с последующим нанесением нитридных покрытий. Важнейшим элементом, определяющим коррозионное поведение модифицированных поверхностных слоев, является поверхность раздела между покрытием и подложкой. С этой точки зрения второй вариант комбинированной технологии является наиболее эффективным. Процесс ионного азотирования осуществляется при низких энергиях ионов (0-0эВ). Оптимальная величина энергии ионов выбирается с учетом того, чтобы распылить поверхностные окислы, образующиеся из-за присутствия в азоте остаточного кислорода []. Скорость распыления кислорода в функции энергии ионов характеризуется широким максимумом и изменяется не более чем на % в интервале энергий 0,5 - кэВ, однако снижается в раз при энергии ионов кэВ. Скорость распыления учитывается также при оценке эффективной глубины азотированного слоя. Так, при ионном азотировании нержавеющей стали при энергии ионов 0,7кэВ, плотности тока 2 мА/см2 и температуре процесса 0°С в результате распыления толщина азотированного слоя уменьшается на -%. Одним из существенных преимуществ ионного азотирования является возможность получать контролируемое распределение твердости и модулей упругости в поверхностных слоях за счет варьирования температурой, концентрацией реакционного газа, давлением газовой смеси, а также знаком и величиной потенциала подложки. Однако, для реализации этого преимущества требуется проведение комплексных исследовательских и технологических работ. Особенно это относится к решению такой важной задачи, как повышение триботехнических свойств титановых сплавов. ТЗ работе сотрудников исследовательского центра технологий поверхности (Великобритания) [] проведено сравнительное изучение влияния различных режимов ионного азотирования, ионного карбоазотирования, ионной имплантации и нанесения ионновакуумных покрытий на механические и трибологические свойства аналога отечественного сплава ВТ6 - сплава 'П-6А1-4У. Многокомпонентные покрытия. В последние годы повышенный интерес вызывают многокомпонентные покрытия. Покрытия на основе нитрида титана, легированные А1 и Zr, обладают более высокой жаростойкостью и жаропрочностью за счет формирования на поверхности стабильных, плотных окислов на основе этих элементов, что повышает работоспособность деталей и инструмента с такими покрытиями при повышенных температурах. Для ряда систем показано, что трехкомпонентные покрытия имеют более высокую твердость и сопротивление износу по сравнению с двойными соединениями на основе этих элементов. 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 элементы, такие как иттрий и кремний, при добавлении их в количестве до % приводят к аморфизации структуры покрытий.