Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Аналитический обзор 5
1.1 Современное состояние исследований по получению покрытий на основе
нанопорошковых материалов с использованием высокоэнергетического синтеза на поверхностях металлов 5
Е2 Выводы по аналитическому обзору 8
2 Исследование физико-механических свойств покрытий полученных с
использованием высокоэнергетического синтеза на поверхностях металлов 9
2.1 Методика проведения эксперимента по получению покрытий 9
2.2 Электронно-микроскопические исследования покрытий. Микроструктура
поверхности покрытий 11
2.3 Проведение рентгеноструктурных исследований 12
2.4 Определение микротвердости полученных покрытий 13
3 Результаты исследований эффектов высокоэнергетического синтеза на поверхностях
титановых подложек 15
3.1 Структура поверхности покрытий, полученных при кумулятивном синтезе 15
3.2 Рентгеноструктурный анализ 18
3.3 Микротвердость полученных покрытий 32
3.4 Установление взаимосвязей механических свойств покрытий с их структурным
состоянием 33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 36
Развитие ряда областей новой техники, таких как, авиационная и космическая, разработка новых конструкций, работающих при экстремальных нагрузках в широком интервале температур, а также разработка высокоэффективного инструмента для стратегических отраслей промышленности предполагают создание принципиально новых конструкционных материалов, существенно превосходящих по комплексу своих физико-механических свойств традиционные металлы и сплавы. Наиболее эффективными с точки зрения прочностных, модульных и физико- химических свойств, отвечающих требованиям современной техники, являются композиционные материалы, а также материалы с покрытиями.
Большой интерес представляют отдельные результаты по кумулятивному нанесению покрытий. Отмечаются некоторые преимущества кумулятивного способа в сравнении с другими динамическими способами нанесения покрытий. Сюда в первую очередь можно отнести достижение более высокого уровня скоростей напыляемых частиц, в том числе и частиц содержащих легкие элементы (бор, азот). Повышение скоростей частиц приводит к тому, что при соударении с мишенью они взаимодействуют с материалом мишени и при этом может происходить синтез новых соединений. В результате, как уже было отмечено выше, на поверхности мишени образуется специфический слой, характерной особенностью которого является то, что он встроен в кристаллическую структуру металлической подложки.
В данный момент представляет большой интерес подбор наноструктурных смесей, которые выступают в качестве облицовок при кумулятивном методе нанесения покрытий. Исходя из подобранных смесей, подбирают режимы эксперимента. При выборе компонент смесей обращают внимание на их способность синтезировать в кумулятивной струе и, непосредственно, на поверхности подложки новые стабильные фазы, способные без потери свойств выдерживать большие эксплуатационные нагрузки и температуры.
В данной научно-исследовательской работе ставились задачи исследования покрытий на основе TiN, TiB4 и углерод на титановых подложках. Образцы сплавов с наноструктурными покрытиями для исследований были получены с использованием высокоэнергетического кумулятивного синтеза в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. Исследования выполнены с использованием современной материально-технической базы Томского материаловедческого центра коллективного пользования Томского государственного университета.
1. В процессе кумулятивного синтеза покрытий из смесей 1 и 2 формируется большое количество материала карбонитнидной ПгСИ и нитридной TiN кубической фазы титана, не стехиометрического состава. Титан в покрытии представлен альфа-титаном исходной ГПУ-фазы. Кроме этого зафиксировано присутствие небольшого количества диборида титана ТгВг ГПУ - фазы. Все фазы имеют малый размер структурных составляющих - не более 80 нм.
2. Поверхности обработанных образцов характеризуются золотистым цветом, что может свидетельствовать о большом содержании азота, так как такая окраска характерна для нитридов и карбонитридов титана. При кумулятивном нанесении покрытий формируется неоднородный рельеф поверхности с большой шероховатостью наряду с гладкими проплавленными участками присутствует большое количество кратеров, образованных при соударении агломератов смеси с расплавленной поверхностью. Образованное покрытие имеет высокую пористость. Поры имеют сферическую форму, их средний размер 12 мкм, присутствуют пустоты размером 80 - 100 мкм.
3. Установлены взаимосвязи механических свойств покрытий с их структурным состоянием Образцы титановых подложек с покрытием показали увеличение микротвердости в приповерхностных слоях в 10-11 раз для образцов 1 , 2 и в 6 раз для образца 3, что связано с присутствием в поверхности большого количества нитридов, карбонитридов и диборида титана. Полученные высокие значения микротвердости позволяют считать синтезированный на поверхностях подложек композиционный материал перспективным с точки зрения его использования в качестве защитного покрытия.
