ВВЕДЕНИЕ 3
1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ AlMgB14 5
1.1Структура материалов на основе AlMgBi4 5
1.2Свойство материалов на основе AlMgB14 8
1.3Применение материалов на основе AlMgB14 18
1.4 Методы получения исходных материалов 20
1.5 Методы нанесения покрытий 22
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА 27
2.1 Процесс формирование мишеней 27
2.3 Планетарная мельница 29
2.4 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез 30
2.5 Подготовка образцов к нанесению покрытий 31
2.6 Высокочастотное магнетронное напыление 32
3 РЕЗУЛЬТАТЫ 43
3.1 Исходные порошки 43
3.1 Покрытия 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
ЛИТЕРАТУРА 55
Сверхтвердые материалы имеют большое прикладное значение и занимают важное место в промышленности. Наиболее известными являются соединения бора (кубический нитрид и карбид бора) и алмазные материалы. Начиная с 1999 года, большой вклад в развитие фундаментальных исследований структуры и свойств поликристаллического борида алюминия и магния внесли B.A. Cook и др. [3] в составе лаборатории Ames (США). Разработки лаборатории Ames вызвали большой интерес для зарубежных коллег из Китая, Индии, Японии и стран Европы, и к настоящему моменту существует множество работ, посвященных исследованию структуры, механических свойств, способов синтеза материалов на основе AlMgB14, а также полученных из них покрытий.
На сегодняшний момент интенсивно исследуется тройное соединение AlMgBi4, обладающее низкой плотностью ~ 2.59 г/см3, твердостью от 27 до 35 ГПа и аномально низким коэффициентом трения, который может достигать значений ~ 0.02 [1-2]. При этом в композиции AlMgB14-TiB2 при содержании диборида титана 30 масс. % достигаются наиболее высокие показатели твердости ~ 37 ГПа и вязкости разрушения 4.07 МПа/м2.
Снижение износа и трения остается постоянной целью повышения эффективности, снижения энергозатрат и продления срока службы оборудования: как жидкие, так и твердые смазочные материалы играют важную роль в обеспечении противоизносных и смазывающих характеристик для достижения этих результатов.
Данное покрытие обладает уникальными физико-механическими свойствами: по своей твердости (~ 32 ГПа) AlMgB14 уступает лишь алмазу и нитриду бора, плюс обладает исключительно низкими коэффициентом трения (всего ~ 0.02, для сравнения - у тефлона коэффициент трения составляет 0.04 - 0.1, а у хорошо смазанной стали - не менее 0.16). К числу других свойств, делающих этот материал перспективным, относятся отличная стойкость к абразивному износу и эрозии, хорошие химическая инертность и термическая стойкость. имеет широкие перспективы внедрения [1-2].
Материал можно применять в качестве композиционной противоизносной добавки, а также в качестве сырья для смазочных и износостойких покрытий, работающих в экстремальных условиях. Покрытия на основе AlMgB14 могут широко использоваться во всех узлах трения, таких, как подшипники, валы в наносах, турбины, режущий инструмент, буры. Вышеперечисленные факты показывают перспективу использования керамик на основе алюминиево-магниевого борида в качестве износостойких материалов и покрытий [3].
Таким образом, цель выпускной квалификационной работы бакалавра - Исследовать структуру и свойства покрытий на основе AlMgB14 с повышенной твердостью и износостойкостью, наносимых на твердый сплав ВК8. Для достижения данной цели сформулированы следующие задачи:
1. Провести аналитический обзор методов получения порошков на основе AlMgB14 и методов нанесения покрытий.
2. Получить исходные порошки состава AlMgB14 методом СВС.
3. Провести исследование фазового состава, элементного состава,
микроструктуры и гранулометрического состава получаемых порошков.
4. Нанести покрытие на твердый сплав ВК8 методом магнетронного напыления.
5. Провести исследование фазового состава, кристаллической структуры и микроструктуры покрытий, элементный анализ покрытий.
6. Провести исследования коэффициента трения, шероховатости, твердости материала до и после нанесения покрытий, исследование износостойкости покрытий.
7. Провести анализ полученных результатов, определить эффект нанесения покрытий на основе AlMgB14 на твердый сплав ВК8.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был получен комплекс экспериментальных данных о фазовом составе, структуре и свойствах керамических материалов AlMgB14, полученных методом самораспространяющегося высокотемператруного синтеза порошковой смеси Al12Mg17B. Получены экспериментальные данные, описывающие структуру и трибологические свойства покрытий на основе AlMgB14.
На основе полученных результатов сделаны основные выводы:
Установлено, что при использование химической печи толщиной 20 мм содержание целевой фазы AlMgBi4 в продуктах реакции составляет ~ 94 масс. %, степень кристалличности составляет ~ 81 %.
Исследования поперечного сечения методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии покрытий AlMgB14, нанесенного на подложку твердого сплава ВК8 показали, что элементы Al, Mg, B равномерно распределены в структуре покрытия, при этом на границе раздела фаз покрытий AlMgB14 и подложки ВК8 локализованы включения кислорода.
Установлено, что покрытия, полученные при напряжении смещении в 100 В, обладают твердостью 17 ГПа, при значении коэффициента трения ~ 0,12 и скорости износа 7,4-10’5 мм3/Н • м.
На основание результатов скретч-теста покрытий обнаружено, что покрытие на основе AlMgB14 имеет хрупкий характер разрушения, отслоение покрытия от подложки происходит при нагрузке 18,5 Н.
