Регистрация / Вход
Прислать материал

Получение износостойких нитридных покрытий на металлических и твердосплавных материалах

ФИО: Шерстобитов Н.С.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: к.т.н., доц. Полушин Н.И.

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов

Академическая группа: ФХ-10-2

Целью работы являлось получение износостойких нитридных покрытий на подложках из нержавеющей стали, никеля и твердого сплава ВК6 и дальнейшее их изучение. Разрабатываемые покрытия планируются использовать в газоструйных установках, в которых газоабразивная струя проходит по подводящей трубке со сверхзвуковой скоростью и абразивные частицы (корунд) изнашивают трубку, что приводит к преждевременному выходу установки из строя. Нанесение износостойкого покрытия позволит увеличить ресурс работы установки и повысить эффективность ее эксплуатации.

Получение покрытий проводили методом конденсации и ионной бомбардировки (КИБ). Технологическая сущность КИБ состоит в плазменно-химическом синтезе вещества покрытия вблизи упрочняемой поверхности и конденсации на ней продуктов этого синтеза. Покрытия наносились на установке ионно-плазменного напыления в вакууме ННВ-6.6-И1. Из литературных данных известно, что покрытия из нитрида титана позволяют существенно улучшить абразивную стойкость металлических и металло-керамических материалов. Кроме этого известно, что введение алюминия в покрытие приводит к измельчению структуры покрытия и повышению его износостойкости. Поэтому, на подложках из твердого сплава ВК6, стали 12Х18Н, электролитического никеля Н0 получали покрытия из (Ti,Al)N. Толщина покрытия на подложке твердого сплава ВК6 составила 5,0 мкм, на подложке стали 12Х18Н – 3,0 мкм, на подложке электролитического никеля Н0 – 4,0 мкм.

Рисунок 1 – Изображение покрытия (Ti,Al)N и поперечного шлифа этого покрытия на твердом сплаве ВК6 при увеличении х10000 и х3000 соответственно

Металлографический и микрорентгеноспектральный анализ поверхности покрытия и шлифов проводили на растровом электронном микроскопе Hitachi S-3400N. Для этого на образцах традиционными методами были изготовлены поперечные к покрытиям шлифы. Примером изображения структуры покрытия (Ti,Al)N и поперечного шлифа представлены на рисунке 1. Так же был проведен фазовый анализ покрытий на отечественной установке «ДРОН 3»

Твердость покрытий измерялась на установке нанотвердомер «Nano-Hardness Tester». Минимальная толщина покрытия для измерения на такой установки должна соответствовать 2,5 мкм.

Таким образом, в результате проведенных исследований, было установлено, что фазовый состав покрытий на всех образцах представлен двумя фазами: Ti3AlN, AlTiN2. Из химического состава можно сделать вывод о том, что соотношение Al и Ti равно 50/50, исходя из литературных данных такое соотношение элементов является оптимальным для покрытия данного состава. Из карты распределения элементов можно судить о том, что покрытие получилось однородным по всей поверхности образца. Измерение твердости показало, что твердость образцов после нанесения покрытия увеличилась в 1,6 раза для ВК6, в 6,8 раз для никеля и в 3 раза для стали.