📄Работа №73446
Тема: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ИМПУЛЬСНЫМ ВАКУУМНО- ДУГОВЫМ МЕТОДОМ
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
материаловедение
Объем:
61 листов
Год:
2018
Просмотров:
305
4770
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Углеродные покрытия: особенности структуры и свойств 6
1.2 Импульсный вакуумно-дуговой метод получения углеродных покрытий 12
1.3. Магнетронное распыление импульсами высокой мощности
(HIPIMS) 14
1.4 Методы исследования твердости тонких покрытий 16
1.4.1 Микроиндентирование 16
1.4.2 Метод скрайбирования (царапания) 19
1.4.3 Метод инструментального индентирования 20
1.4.4 Наноиндентирование 22
1.4.5 Определение истинной твердости покрытия по результатам
измерения микротвердости системы «покрытие - подложка» 24
1.4.6 Методы динамического определения твердости 29
1.5 Микротвердость углеродных покрытий и методы ее измерения 30
1.6 Постановка задачи исследования 37
Глава 2 Материал и методики исследования 38
2.1 Материал исследования 38
2.2 Методика подготовки образцов 38
2.3 Методики получения покрытий 39
2.4 Методика измерения микротвердости 40
2.5 Методика исследования структуры покрытий 40
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 42
3.1 Результаты исследования микротвердости углеродных покрытий, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом и методом HiPIMS 42
3.2 Результаты исследования структуры углеродных покрытий, полученных
импульсным вакуумно-дуговым методом и методом HiPIMS 46
3.3 Экономическое обоснование внедрения разработки 54
Глава 4 Технологическая часть 51
4.1 Процесс нанесения покрытия 51
4.2 Маршрутная карта нанесения и измерения микротвердости
алмазоподобных углеродных покрытий 52
4.3 Правила безопасности и охраны труда
Заключение 57
Список использованной литературы 59
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Углеродные покрытия: особенности структуры и свойств 6
1.2 Импульсный вакуумно-дуговой метод получения углеродных покрытий 12
1.3. Магнетронное распыление импульсами высокой мощности
(HIPIMS) 14
1.4 Методы исследования твердости тонких покрытий 16
1.4.1 Микроиндентирование 16
1.4.2 Метод скрайбирования (царапания) 19
1.4.3 Метод инструментального индентирования 20
1.4.4 Наноиндентирование 22
1.4.5 Определение истинной твердости покрытия по результатам
измерения микротвердости системы «покрытие - подложка» 24
1.4.6 Методы динамического определения твердости 29
1.5 Микротвердость углеродных покрытий и методы ее измерения 30
1.6 Постановка задачи исследования 37
Глава 2 Материал и методики исследования 38
2.1 Материал исследования 38
2.2 Методика подготовки образцов 38
2.3 Методики получения покрытий 39
2.4 Методика измерения микротвердости 40
2.5 Методика исследования структуры покрытий 40
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 42
3.1 Результаты исследования микротвердости углеродных покрытий, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом и методом HiPIMS 42
3.2 Результаты исследования структуры углеродных покрытий, полученных
импульсным вакуумно-дуговым методом и методом HiPIMS 46
3.3 Экономическое обоснование внедрения разработки 54
Глава 4 Технологическая часть 51
4.1 Процесс нанесения покрытия 51
4.2 Маршрутная карта нанесения и измерения микротвердости
алмазоподобных углеродных покрытий 52
4.3 Правила безопасности и охраны труда
Заключение 57
Список использованной литературы 59
📖 Введение
В течение последних двух десятилетий пленки (покрытия) алмазоподобного углерода (АПП) или в иностранной литературе diamond-like carbon films (DLC) представляют огромный интерес. Благодаря уникальному сочетанию физических, химических и механических свойств АПП находят широкое практическое применение, в частности, в оптике, микроэлектронике, медицине и других областях в качестве многофункциональных, защитных и биофункциональных покрытий. По мере развития методов получения алмазоподобных покрытий, а также становления таких новых направлений как экстремальная электроника, наноэлектроника и физика наноструктур, области возможных применений этих материалов вышли за рамки традиционных, а их нанокластерная структура стала объектом интенсивных исследований фундаментального плана. Вот почему до сих пор сохраняется устойчивый и повышенный интерес к этим материалам.
Свойства твердых покрытий на основе аморфного углерода (а-С покрытия), наносимых методом физического вакуумного осаждения (PVD), напрямую зависят от соотношения атомов углерода с sp3- и sp2- гибридизацией электронов.
Экспериментальные исследования методов получения углеродных покрытий показали преимущество импульсного вакуумно-дугового метода перед другими технологиями по многим показателям, в том числе, многократное превосходство по скорости осаждения покрытий . А именно, он позволяет получать существенно большие плотности плазмы и, кроме того, регулировать величину энергии ионов и температуру подложки. Основными параметрами процесса, обеспечивающими формирование углеродного алмазоподобного покрытия, являются температура подложки (не выше 200 °С) и средняя энергия ионов углерода (порядка 40 - 100 эВ). Углеродные покрытия, полученные вышеуказанным методом, обладают высокой твердостью, достигающей значений, соответствующих натуральному алмазу (до 60-120 ГПа). Однако этот метод имеет свои ограничения, которые связаны с наличием макрочастиц в продуктах эрозии катода, что ухудшает качество поверхности покрытия.
Используемый ранее магнетронный метод распыления материалов позволяет получать углеродные покрытия с более высоким качеством поверхности (меньшей степенью шероховатости), однако степень ионизации материала катода недостаточна для получения покрытий с высокой адгезией. В настоящее время широкое распространение получает импульсный метод магнетронного распыления высокой мощности (HiPIMS), который позволяет частично исключить этот недостаток магнетронного метода.
Определение микротвердости тонких покрытий вследствие их малой толщины, является сложной технической задачей, которая требует применения современного оборудования для анализа поверхности и большого объема исследований.
Таким образом, целью работы является выбор оптимальной методики исследования микротвердости алмазоподобного углеродного покрытия, полученного импульсным вакуумно-дуговым методом и методом HiPIMS .
Свойства твердых покрытий на основе аморфного углерода (а-С покрытия), наносимых методом физического вакуумного осаждения (PVD), напрямую зависят от соотношения атомов углерода с sp3- и sp2- гибридизацией электронов.
Экспериментальные исследования методов получения углеродных покрытий показали преимущество импульсного вакуумно-дугового метода перед другими технологиями по многим показателям, в том числе, многократное превосходство по скорости осаждения покрытий . А именно, он позволяет получать существенно большие плотности плазмы и, кроме того, регулировать величину энергии ионов и температуру подложки. Основными параметрами процесса, обеспечивающими формирование углеродного алмазоподобного покрытия, являются температура подложки (не выше 200 °С) и средняя энергия ионов углерода (порядка 40 - 100 эВ). Углеродные покрытия, полученные вышеуказанным методом, обладают высокой твердостью, достигающей значений, соответствующих натуральному алмазу (до 60-120 ГПа). Однако этот метод имеет свои ограничения, которые связаны с наличием макрочастиц в продуктах эрозии катода, что ухудшает качество поверхности покрытия.
Используемый ранее магнетронный метод распыления материалов позволяет получать углеродные покрытия с более высоким качеством поверхности (меньшей степенью шероховатости), однако степень ионизации материала катода недостаточна для получения покрытий с высокой адгезией. В настоящее время широкое распространение получает импульсный метод магнетронного распыления высокой мощности (HiPIMS), который позволяет частично исключить этот недостаток магнетронного метода.
Определение микротвердости тонких покрытий вследствие их малой толщины, является сложной технической задачей, которая требует применения современного оборудования для анализа поверхности и большого объема исследований.
Таким образом, целью работы является выбор оптимальной методики исследования микротвердости алмазоподобного углеродного покрытия, полученного импульсным вакуумно-дуговым методом и методом HiPIMS .
✅ Заключение
1. Получены результаты исследования микротвердости твердого сплава и системы «твердый сплав - углеродное покрытие» с использованием метода по Виккерсу и метода «инструментального индентирования».
2. Установлено, что для каждого выбранного значения нагрузки на индентор наибольшее значение твердости соответствует твердому сплаву с углеродным покрытием (образец 3).
3. При нагрузке на индентор 50 и 100 г для системы «твердый сплав - углеродное покрытие» (образец 3) с использованием метода по Виккерсу отпечаток получить не удалось; значение твердости было зафиксировано при начальной нагрузке на индентор 200 г.
4. В случае использования метода «инструментального индентирования» удалось зафиксировать величину микротвердости при всех нагрузках.
5. При максимальной нагрузке на индентор (500 г) наблюдается, что покрытие позволяет повысить микротвердость твердого сплава в 1,6 раза (61 %) в случае использования метода по Виккерсу и в 1,4 раза (72 %) при использовании метода «инструментального индентирования».
6. Наиболее целесообразно использовать для исследования микротвердости системы «основа + покрытие» метод «инструментального индентирования», который позволяет измерять ее величину и при малых нагрузках на индентор, а также позволяет получить более достоверные результаты.
7. Нанесение углеродного покрытия на твердый сплав приводит к повышению микротвердости, что расширяет области его применения при повышенных нагрузках.
8. По результатам анализа спектров Рамана структура покрытия, полученного методом HiPIMS, представляет собой промежуточное состояние между nc-G и a-C, с размером sp2 кластеров около 1.3 нм.
9. Структура покрытия, полученного методом PCAD, представляет собой тетраэдрический аморфный углерод (ta-C), в котором доля sp3 -фазы порядка 85%.
10. Высокая твердость углеродных покрытий, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом, связана с высоким содержанием sp3 - гибридизованных атомных орбиталей валентных электронов или sp3 - фазы.
2. Установлено, что для каждого выбранного значения нагрузки на индентор наибольшее значение твердости соответствует твердому сплаву с углеродным покрытием (образец 3).
3. При нагрузке на индентор 50 и 100 г для системы «твердый сплав - углеродное покрытие» (образец 3) с использованием метода по Виккерсу отпечаток получить не удалось; значение твердости было зафиксировано при начальной нагрузке на индентор 200 г.
4. В случае использования метода «инструментального индентирования» удалось зафиксировать величину микротвердости при всех нагрузках.
5. При максимальной нагрузке на индентор (500 г) наблюдается, что покрытие позволяет повысить микротвердость твердого сплава в 1,6 раза (61 %) в случае использования метода по Виккерсу и в 1,4 раза (72 %) при использовании метода «инструментального индентирования».
6. Наиболее целесообразно использовать для исследования микротвердости системы «основа + покрытие» метод «инструментального индентирования», который позволяет измерять ее величину и при малых нагрузках на индентор, а также позволяет получить более достоверные результаты.
7. Нанесение углеродного покрытия на твердый сплав приводит к повышению микротвердости, что расширяет области его применения при повышенных нагрузках.
8. По результатам анализа спектров Рамана структура покрытия, полученного методом HiPIMS, представляет собой промежуточное состояние между nc-G и a-C, с размером sp2 кластеров около 1.3 нм.
9. Структура покрытия, полученного методом PCAD, представляет собой тетраэдрический аморфный углерод (ta-C), в котором доля sp3 -фазы порядка 85%.
10. Высокая твердость углеродных покрытий, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом, связана с высоким содержанием sp3 - гибридизованных атомных орбиталей валентных электронов или sp3 - фазы.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.