ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 4
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 14
2.1 Получение образцов 14
2.2 Методики исследования 20
ГЛАВА 3. Результаты 35
3.1 Исследование структуры спечённых композитов Ti-B-C 35
3.2 Исследование структуры Ti-B-C покрытий 42
3.3 Трибологические исследования покрытий Ti-B-C 50
3.4 Рентгеноструктурный анализ Ti-B-C покрытий 59
3.5 Электрические свойства покрытий Ti-B-C 62
ВЫВОДЫ 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
На сегодняшний день в обрабатывающей промышленности предъявляются высокие требования к износо- и теплостойкости режущего инструмента. При разработке защитных покрытий для такого рода инструментов необходимо решение важнейших задач: возможность использования инструмента в работах при температуре выше 1000 оС и обеспечение высокой скорости резания.
В последние годы для обработки титановых сплавов используются покрытия на основе боридов титана. Они обладают низким коэффициентом трения и хорошей износостойкостью. Объёмные материалы на основе боридов и карбидов титана, в свою очередь, обладают высокой температурной стойкостью и низким коэффициентом трения в паре с титановыми сплавами, что открывает широкие перспективы использования для авиакосмической промышленности в качестве материалов узлов трения. Современные летательные аппараты по массе в среднем содержат 9% титановых сплавов. Наибольшее применение титановых сплавов отмечается в военной авиации. Таким образом, использование титановых сплавов в аэрокосмической промышленности стремительно растет.
Цели данной работы:
1) Синтез композитов системы Ti-B-C разного состава при помощи метода искрового плазменного спекания, исследование их структуры.
2) Получение покрытий с использованием синтезированного материала в качестве катода для распыления ионно-плазменными методами. Исследование их структуры, трибологических и электрических свойств.
В результате выполнения данной работы методом горячего прессования с высоко частотным импульсным нагревом (ИПС) были получены образцы композитного керамического материала на основе системы Ti-B-C различных составов в виде дисков диаметром 40, 70 и 100 мм. Были проведены исследования микроструктуры и элементного состава материала полученных образцов методом растровой электронной микроскопии. Из анализа структуры и состава можно сделать вывод, что спечённые композиты состоят из двух фаз: твердых растворов на основе TiC и TiB. Состав этих фаз меняется в зависимости от состава исходных компонентов (Ti, B и C), в достаточно широких пределах.
Полученные композитные диски использовались в качестве катодов - мишеней для нанесения покрытий ионно-плазменными методами. Методом вакуумно-дугового и магнетронного распыления этих катодов были нанесены покрытия на поверхность подложек из быстрорежущей стали Р6М5. Методом рентгеновской дифрактометрии исследовался фазовый состав этих покрытий. Было обнаружено, что покрытия на основе системы Ti-B-C представляют собой однофазную систему с ГЦК решёткой. Трибологические свойства покрытий, нанесенных вакуумно-дуговым и магнетронным методами, исследовалось в паре трения с корундовым контртелом. Как правило, в случае реактивного распыления нитридных покрытий с использованием металлического катода в атмосфере азота, вакуумно-дуговое распыление дает лучшие результаты, так как в этом случае свойства пленки зависят от стехиометрии азота. Это происходит, так как степень ионизации и энергия ионов в плазме дуги выше. Но в нашем случае, материал покрытия и катода при магнетронном распылении не только не уступает, но и дает лучшие результаты. Образцы покрытий, полученные магнетронным распылением, обладают лучшей стехиометрией, имеют более гладкую поверхность, что приводит к лучшим трибологическим свойствам по сравнению с покрытиями, нанесенными дуговым методом. Анализируя структуру дорожек можно отметить, что разрушение покрытий обусловлено истиранием. Отслаивания покрытий не наблюдалось.
Исследования электрических свойств покрытий показали, что покрытиям присуща высокая электропроводность. Обычно в таких полупроводниковых материалах связано с нестехиометрией состава, что приводит к появлению свободных носителей - электронов. Изменение типа проводимости можно объяснить изменением эффективного заряда носителей. При низких температурах, скорее всего, преобладает электронная проводимость, а при высоких - ионная. В совокупности с высокими значениями термо- и износостойкости это позволяет использовать данные покрытия не только для защиты режущег8о инструмента, но и в качестве материала для изготовления контактов, а также дорожек микросхем, работающих в условиях повышенных температур и в агрессивных средах.
