Введение 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
Магнетронное распыление 15
Вакуумно-дуговое распыление 23
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 26
2.1 Получение образцов 26
2.2 Методики исследования 29
ГЛАВА 3. Результаты 39
Заключение 51
Список литературы
В последнее время активно разрабатываются и внедряются в производство новые материалы для режущих инструментов. Кроме создания новых видов твердых сплавов и марок быстрорежущих сталей большое внимание уделяется защите от износа поверхностного слоя инструмента и сохранению его геометрии при высоких скоростях обработки. Одним из главных направлений в этой деятельности является разработка и нанесение износостойких покрытий на режущие инструменты. Уже считается доказанным тот факт, что покрытия способны увеличить производительность инструмента и повысить качество обработанной поверхности.
Поскольку формирование покрытия является одним из наиболее эффективных путей придания необходимых функциональных свойств поверхности, большее внимание уделяется изучению связи между условиями осаждения и структурой покрытия. Использование высокопроизводительного вакуумно-дугового метода осаждения позволяет получать покрытия, которые способны работать в условиях высоких температур и давлений при одновременном воздействии агрессивных сред и интенсивном износе . К числу наиболее перспективных материалов, обеспечивающих хорошую износостойкость и коррозионную стойкость лезвийных инструментов, работающих при высоких скоростях резания, относится нитрид хрома. В отличие от нитрида титана Т iN, который в настоящее время наиболее широко используется в промышленности, CrN проявляет более высокую температурную стабильность и имеет более низкий коэффициент трения.
Однако однослойное покрытие из нитрида хрома не имеет достаточную твердость и в значительной степени подвержено абразивному износу. Одним из наиболее перспективных направлений повышения рабочих характеристик нитридов путем их перевода в наноструктурное состояние является создание многослойных структур с наноразмерной толщиной слоев. При этом чередованием двух или более слоев материала с различными физико-механическими характеристиками можно в значительной степени изменять свойства системы, в том числе концентрацию напряжений и распространение трещин, в результате достигая повышения вязкости разрушения материала. В качестве второго слоя в такой системе перспективным может быть соединение, высокие механические свойства которого хорошо дополняют свойства CrN.
Целью данной работы было получение композиционных многослойных покрытий на основе системы CrN/MoN и исследование влияния высоковольтного потенциала, давления рабочей атмосферы азота в процессе осаждения и толщины слоёв на структуру, механические и адгезионные свойства данных покрытий.
В рамках выполнения цели работы были поставлены следующие задачи:
1) Получение образцов многослойных покрытий CrN/MoN вакуумно-дуговым методом при различных параметрах осаждения: потенциал смещения на подложке, давление рабочей атмосферы азота.
2) Исследование морфологии поверхности и структуры покрытий при помощи растровой лектронной микроскопии.
3) Изучение элементного и фазового состава при помощи
рентгеновской нергодисперсионной спектроскопии и рентгеноструктурного анализа.
4) Определение микротвердости и адгезионной прочности покрытий.
В ходе работы были получены образцы композиционных многослойных покрытий на основе системы CrN/MoN и проведены исследования влияния высоковольтного потенциала, давления рабочей атмосферы азота в процессе осаждения и толщины слоёв на структуру, механические и адгезионные свойства данных покрытий.
Большой отрицательный постоянный потенциал смещения (-150 и - 300 В) при осаждении нитридов с относительно невысокой теплотой образования (системы Mo-N и Cr-N) приводит к образованию в тонких нанометровых слоях низших азотных фаз.
Давление рабочей атмосферы при осаждении существенно влияет на фазово-структурное состояние покрытий. Понижение давления приводит к недостатку азота в покрытии по сравнению со стехиометрическим составом, что сопровождается неустойчивостью фазово-структурного состояния покрытия и резким падением его твердости.
Увеличение толщины слоев до 100 нм и более приводит к повышению твердости и адгезионной прочности, что вызвано уменьшением удельного вклада неустойчивых границ.
Приемлемая твердость тонких (менее 10 нм) покрытий может быть обусловлена наноразмерными эффектами, обеспечивающими высокую адгезионную стойкость и равномерный износ покрытий.
Таким образом, использование многослойных систем при осаждении позволяет не только проводить моделирование структурного состояния каждого из слоев в отдельности, но и создавать путем подбора параметров нанесения, толщины, типа материала и количества слоев в периоде искусственные структуры с различными функциональными свойствами. Возможность получения хорошего сочетания механических, адгезионных и трибологических свойств делает многослойные системы CrN/MoN
