Введение 4
Глава 1 Основная часть 5
1.1 Литературный обзор. Алмазоподобные углеродные покрытия:
особенности структуры и свойства 5
1.2 Влияние легирования на свойства алмазоподобных углеродных
покрытий 8
1.3 Влияние отжига на структуру и свойства углеродных покрытий 9
1.4 Вакуумно-дуговой метод нанесения покрытий 11
1.5 Процесс нанесения покрытий 12
1.6 Трибологические исследования покрытий 14
1.7 Трибологические исследования углеродных покрытий и углеродных покрытий легированных вольфрамом 15
Постановка задачи исследования 23
Глава 2 Материал и методики исследования 24
2.1 Методики и материал для исследований 24
2.2 Метод нанесения углеродных покрытий легированных вольфрамом 25
2.3 Оборудование вакуумно-дуговой установки 26
2.4 Методика исследования кристаллической структуры и фазового состава 28
2.5 Методика исследования кристаллической структуры и фазового состава. Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ 30
2.6 Методика измерения микротвердости. Измерение микротвердости 33
2.7 Оборудование для измерения микротвердости методом Виккерса 35
2.8 Методика отжига покрытий. Оборудование для отжига 35
2.9 Методика исследования трибологических свойств 38
2.10 Маршрутная карта изготовления, измерения миктротвердости,
износостойкости и отжига образцов CW 41
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований 43
3.1 Исследование рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа
углеродных покрытий, легированных вольфрамом 43
3.2 Результаты исследования микротвердости 46
3.3 Результаты исследований трибологических характеристик углеродных покрытий, легированных вольфрамом до и после отжига 48
3.4 Экономическое обоснование внедрения разработки 51
Глава 4 Техника безопасности и охрана труда 53
Выводы 56
Список литературы
Тонкие твердые покрытия на основе углерода, обладающие твердостью, сравнимой с твердостью натурального алмаза, применяются для модифицирования поверхности различных инструментов и деталей точного машиностроения с целью повышения их характеристик: твердости, снижения коэффициента трения, устойчивости к высокотемпературному окислению и т.д. Методы физического осаждения этих покрытий (PVD) имеют много преимуществ, в частности более низкую температуру деталей в процессе осаждения покрытия, а также экологическую безопасность, так процесс реализуется в вакуумной камере без выброса в атмосферу вредных веществ. Для придания углеродным покрытиям тех или иных свойств их легируют различными элементами, в частности, вольфрамом.
В ходе выполнения данной работы исследованы структура и свойства углеродных покрытий, легированных вольфрамом (C:W), полученных импульсным вакуумно-дуговым методом. Данный метод получения выбран вследствие наличия ряда преимуществ, во-первых, этот метод позволяет осаждать покрытия при более низкой температуре деталей, что существенно расширяет ассортимент материалов, которые могут быть использованы в качестве подложки, во-вторых, является экологически безопасным, так процесс реализуется в вакуумной камере без выброса в атмосферу вредных веществ.
По рентгендифракционным данным проведен расчет и исследование поведения функций радиального распределения атомов в материале покрытий. Было установлено, что рассчитанные величины межатомных расстояний качественно подтверждают результаты проведенного фазового анализа для всех исследованных образцов покрытий.
Отжиг на воздухе приводит к существенному повышению твердости образца с углеродным покрытием (как для легированного вольфрамом) относительно исходных значений. Оптимальный отжиг твердого сплава легированного вольфрамом составляет 300 С. При отжиге до 400 градусов наблюдается ухудшение трещиностойкости, по отношению к покрытию до отжига. При температуре 400 градусов начинает уменьшаться толщина покрытия в местах расположения макрочастиц, образовавшихся в результате распыления катода. Присутствие крупных отягощениях в индентер (500 г) в отдельных вариантах прослеживается скалывание углеродного покрытия уже после отжига в области оттиска, то что никак не прослеживается для углеродного покрытия, легированного вольфрамом. Легирование углеродного покрытия вольфрамом дает возможность увеличить термоустойчивость покрытия.
