Обозначения и сокращения 3
Введение 4
Глава 1. Аналитический обзор 6
1.1 Области применения, потенциальные возможности АУП 6
1.2 Методы получения тонких твердых покрытий 13
1.2.1 Вакуумное термическое испарение 14
1.2.2 Ионно-плазменные методы распыления 18
1.2.3 Вакуумно-дуговое распыление 22
1.2.4 Химические методы осаждения твердых покрытий 25
1.3 Свойства АУП 26
1.4 Методы получения АУП 34
1.5 Выбор направления исследований 36
Глава 2. Экспериментальная часть 37
2.1 Описание экспериментального оборудования 39
2.2 Методики проведения исследований 42
2.2.1 Исследование структуры покрытий методом рамановской
спектроскопии 42
2.2.2 Исследование микротвердости 43
2.2.3 Исследование адгезионной прочности 45
2.2.4 Исследование трибологических характеристик 46
Глава 3. Результаты исследований и их анализ 48
3.1 Результаты исследования структуры 48
3.2 Результаты и сравнение измерения микротвердости 51
3.3 Результаты исследования адгезионной прочности 54
3.4 Трибологические исследования 57
Заключение 58
Список используемой литературы 59
Создание материалов с новыми свойствами является одной из актуальных задач в науке и технике. Известно, что свойства твердых тел во многом зависят от свойств поверхности. Модифицирование поверхности различных деталей, в том числе путем обработки ускоренными частицами, а также нанесением тонких покрытий, позволяет кардинально улучшить их эксплуатационные характеристики в целом. К таким характеристикам могут быть отнесены твердость, термостойкость, износоустойчивость, электрические свойства и т.д.
Алмазоподобные углеродные покрытия (АУП) обладают практически всеми свойствами натурального алмаза, но отличаются неупорядоченной аморфной структурой. Эти покрытия могут применяться на инструментах, применяемых для металлообработки алюминиевых сплавов, для снижения коэффициента трения деталей машин, а также на деталях имплантатов для повышения их биосовместимости, кроме того они могут использоваться в нанотехнологии, в частности в микромеханике.
Уникальные свойства АУП определяются в первую очередь их структурой, они обычно имеют неупорядоченную аморфную структуру с некоторым содержанием микро и нанокристаллических включений различных аллотропических модификаций углерода. Структуру этих покрытий можно охарактеризовать только наличием ближнего порядка и отсутствием дальнего порядка в расположении атомов.
Свойства АУП зависят от метода и технологических параметров их получения, в данной работе предполагается применять импульсный вакуумно¬дуговой метод, позволяющий в больших диапазонах регулировать энергию ионов углерода без приложения ускоряющего потенциала к подложке. При этом характеристики получаемой углеродной плазмы, и соответственно свойства покрытий зависят от параметров процесса.
Объектом исследования являются углеродные покрытия, сформированные импульсным вакуумно-дуговым методом
Предметом исследования являются структура, микротвердость, адгезионная прочность, внутренние напряжения и морфология поверхности.
Целью данной работы является определение зависимостей основных свойств углеродных покрытий от параметров процесса (напряжения и емкости накопителя).
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:
1. Составление аналитического обзора по теме исследования
2. Освоение методик проведения эксперимента
3. Получение тестовых образцов для исследований
4. Исследование структуры покрытий методами электронной микроскопии
6. Исследование микротвердости
7. Исследование адгезионной прочности
8. Исследование трибологических характеристик
9. Анализ полученных результатов.
Научная новизна работы
Установлена связь между параметрами импульсного вакуумно-дугового разряда, определяемыми емкостью накопителя и его напряжением, и основными свойствами алмазоподобных углеродных покрытий. Показано, что изменяя эти параметры можно влиять на твердость, адгезионные и трибологические характеристики этих покрытий и создавать многослойные покрытия с заданным набором свойств.
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. По результатам рамановской спектроскопии изменение напряжения емкостного накопителя, являющегося источником питания импульсного вакуумно-дугового разряда в пределах от 200 В до 400 В, а также емкости накопителя в пределах 1000 мкФ и 2000 мкФ не приводит к существенным изменениям структуры алмазоподобного углеродного покрытия, но при этом изменяются основные его характеристики.
2. Наилучшие трибологические характеристики получены при емкости накопителя 1000мкф и напряжении 400В.
3. Наилучшие адгезионные свойства покрытия получены при напряжении 200 В, для двух величин емкости накопителя (1000 мкФ и 2000 мкФ).
4. Различие в свойствах покрытий могут быть результатом изменения основных параметров импульса (длительности и величины импульсного разрядного тока).
5. Полученные результаты могут быть использованы для получения углеродных алмазоподобных покрытий на основе слоев с нужными свойствами в зависимости от их области применения.
