Разработка способов получения порошковых катодов Ti-Al, Ti-Al-Si для ионно-плазменного синтеза нитридных покрытий

• Автор: Фирсина, Ирина Александровна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 200 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. Обзор литературы

1.1. Физикомеханические свойства твердых и сверхтвердых нанокомпозитных покрытий

1.2. Нитридные покрытия i, и i,,i

1.3. Основные методы нанесения износостойких наноструктурных покрытий

1.4. Вакуумнодуговой метод генерирования многокомпонентной плазмы

1.4.1. Процессы на катоде

1.4.2. Процессы на подложке

1.4.3. Способы генерирования многокомпонентной плазмы

1.4.4. Перспективы использования порошковой металлургии для изготовления композиционных катодов
1.5. Объемные изменения порошковых тел при твердофазном спекании многокомпонентных систем
1.5.1. Основные закономерности твердофазного спекания порошковых тел однокомпонентные системы
1.5.2. Твердофазное спекание в двух и многокомпонентных системах
1.5.3. Особенности спекания порошковых смесей i
1.6. Физикохимические основы процессов пайки
1.6.1. Основные физикохимические процессы
1.6.2. Основные виды пайки
1.6.3. Особенности пайки титана и его сплавов
2. Постановка задачи. Использованные материалы, объекты и методы исследования. Оборудование и методы нанесения покрытий
2.1. Постановка задачи
2.2. Использованные материалы, объекты и методы исследования
2.2.1. Применяемые порошки и порошковые объекты исследования
2.2.2. Контактнореактивная пайка
2.2.3. Холодное прессование с горячей допрсссовкой
2.2.4. Методы исследования порошковых материалов и покрытий
2.3. Оборудование и методы нанесения покрытий
2.3.1. Оборудование Национального исследовательского Томского политехнического университета
2.3.2. Оборудование института сильноточной электроники СО
2.3.3. Оборудование Омского НИИД
2.3.4. Оборудование Национального научного центра НАН Украины Харьковский физикотехнический институт
3. Формирование структуры при спекании порошковых смесей, содержащих алюминиды титана
3.1. Объемные изменения при спекании порошковых смесей Т ТАз
3.1.1. Влияние давления прессования и дисперсности титанового порошка
3.1.2. Влияние объемного содержания порошка Т А
3.1.3. Влияние времени изотермической выдержки при спекании
3.2. Структурные превращения при спекании порошковых смесей
Т ТАЬ
3.2.1. Рентгеноструктурный анализ
3.2.2. Металлография и микрорентгеноспектральный анализ
3.3. Спекание порошков алюминидов титана
3.3.1. Получение интерметаллидных порошков для спекания
3.3.2. Объемные изменения при спекании
3.4. Заключение по разделу 3
4. Технологические проблемы изготовления порошковых катодов системы титаналюминий кремний Ю
4.1. Контактнореактивная пайка спеченных материалов Т1А1 к подложке из металлургического титана ВТ1 0
4.2. Исследование паяных соединений спеченного титана с подложкой из металлургического титана ВТ1 0
4.2.1. Паяные соединения с никелевой фольгой
4.2.2. Паяные соединения с прослойкой из никелевого сплава
4.2 3. Паяные соединения с прослойкой из стали кп
4.2.4. Структурные изменения в подложке из титана ВТ при
контактнореактивной пайке через различные фольги
4.3. Исследование катодных материалов, полученных горячим уплотнением порошковых смесей ПА1, Т1А1
4.3.1. Структурные изменения при нагреве
4.3.2. Пористость после двухстороннего холодного прессования смесей элементарных порошков
4.3.3. Структурные изменения после горячего уплотнения
4.4. Заключение по разделу 4
5. Особенности применения порошковых катодов титаналюминий кремний в вакуумнодуговой технологии нанесения нитридных покрытий
5.1. Структурные превращения на поверхности катодов титан
алюминий под действием вакуумной дуги
5.1.1. Исходное структурное состояние катодов
5.1.2. Структурнофазовое состояние поверхностного слоя у рабочей поверхности катодов
5.1.3. Обсуждение результатов
5.2. Исследование и испытания вакуумнодуговых нитридных
покрытий, полученных с использованием порошковых катодов
титаналюминий кремний
5.2.1. Покрытия, нанесенные на оборудовании Национального исследовательского Томского политехнического университета
5.2.2. Покрытия, нанесенные на оборудовании ИСЭ СОР АН
5.2.3. Покрытия, нанесенные на оборудовании Омского НИИД
5.2.4. Покрытия, полученные на оборудовании Национального научного центра НАН Украины Харьковский физикотехнический институт
5.2.5. Испытания металлорежущего инструмента с покрытиями
5.3. Заключение но разделу 5
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Тврдость является одним из наиболее важных механических свойств, которые необходимо учитывать при выборе того или иного материала для конкретного применения. Для многих применений вязкость плнки является более важным фактором, чем тврдость, поэтому необходимо создавать такие покрытия, в которых тврдость сочеталась бы с вязкостью 2. Достижение сверхвысокой твердости зависит от метода получения покрытий. Помимо наноразмерности зерна существенными оказываются уровень внутренних напряжений в покрытиях, их текстура, уровень дефектности кристаллической решетки, состояние границ зерен, неоднородность распределения атомов основных компонентов покрытия, наличие примесей И т. В обзоре 1 приведены некоторые примеры, иллюстрирующие свойства нанокристаллических композиционных покрытий. Согласно данным Не и др. ГПа. При меньших размерах зрен покрытия менее тврдые и более пластичные. В системе i максимальная твердость ГПа достигается при концентрации i около 4 ат При этом размер зерен составляет 5 6 нм, коэффициент упругого возврата . В системе , исследованной . V и . ГПа достигается при 1,2 ат. Си. При этом размеры зрен составляют около нм, их ориентация , структура столбчатая, высокий коэффициент упругого возврата около . При повышении содержания меди до 5 6 ат. I . Большой интерес представляет система I . В покрытиях при тврдости ГПа и содержании 8,1 ат. Си размер зрен составляет 9,5 им, внутренние напряжения 0,2 ГПа, коэффициент упругого возврата . Высокие механические характеристики и достаточно широкий диапазон изменения технологических параметров делают это покрытие одним из самых перспективных 1. В покрытии i, осажднном при одновременном распылении титана вакуумнодуговым способом и серебра магнетронным, с увеличением содержания увеличивается тврдость от ГПа i до максимума ,5 ГПа при 0, ат. Одновременно уменьшаются размеры зрен от до нм. При дальнейшем увеличении содержания тврдость покрытия снижается до ГПа при 1,5 ат. Когда размеры зрен уменьшаются ниже определнного предела нм, содержание серебра на межзеренных границах увеличивается, и, как следствие, внутренние напряжения и тврдость покрытия снижаются 1. Физические методы осаждения позволяют наносить тонкопленочные покрытия 1 мкм на основе карбидов, нитридов, карбонитридов, окислов, обладающих высокой твердостью, теплостойкостью, износостойкостью. При этом получаемые покрытия позволяют снизить силу трения при резании конструкционных сталей на , уменьшить коэффициент усадки стружки и усилия резания на , снизить температуру при резании и значительно от 2 до 6 раз повысить стойкость инструмента с одновременным увеличением производительности 5 8. Одно из основных применений сверхтвердых покрытий износостойкие покрытия на стальной и твердосплавный металлорежущий инструмент. Для покрытий на металлорежущий инструмент наряду с высокой твердостью требуется также высокая стойкость к окислению и низкий коэффициент трения по обрабатываемому материалу, что обеспечивает длительную работу. Воздействие механических сил, трения и высокой температуры на элементы пары кромка режущего инструмента изделие является основными причинами изнашивания режущих инструментов. Естественно, механизм износа при высокоскоростной обработке сильно зависит от условий резания и твердости инструмента 9. Стойкость тврдых плнок к окислению сильно зависит от их элементного состава рис. На рис. Ат как функция температуры отжига Т. Температура, соответствующая резкому увеличению Ат, является предельно допустимой при работе покрытия. Все плнки, представленные на рис. Ат, являются кристаллическими или нанокристаллическими. Для всех этих плнок стойкость к окислению Ттах ниже С. И это не удивительно, так как данные плнки состоят из зрен, границы которых имеют повышенную проницаемость для кислорода воздуха, всегда имеющих возможность контакта с атмосферой в области поверхности раздела пленки с подложкой через границы зрен. Это явление резко уменьшает стойкость к окислению в объме плнки и, следовательно, снижает действенность барь
0,
Мш а1. Г ЦопоЬи Ы а1. Рис. Зависимость относительного привеса от температуры нагрева на воздухе нитридных покрытий 2.