Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка износостойких наноструктурных покрытий Ti–Al–Mo–Ni–N, адаптированных к меняющимся условиям трения

ФИО: Зудина Ю.Г.

Направление: Материаловедение

Научный руководитель: д.т.н., проф. И.В. Блинков, Сергевнин В.С.

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов

Академическая группа: ФХ-10-2

Работа режущего инструмента связана с различными видами воздействия на поверхность, в частности, с наличием постоянных и знакопеременных нагрузок, различных видов износа, нагревом. Наиболее эффективным методом модификации поверхностных свойств инструментального материала является нанесение функциональных покрытий на рабочую поверхность режущего инструмента. На сегодняшний день нет универсальных подходов, дающих возможность создавать покрытия, способные эффективно сопротивляться износу в меняющихся условиях трения.

Одним из возможных путей улучшения функциональных свойств износостойких нитридных покрытий является введение в их состав Мо и Ni. При наличии в составе покрытия Мо в зоне трения при нагреве образуется оксид МоО3, который работает как твёрдая смазка, снижая коэффициент трения и износ. Введение в систему Ni способствует измельчению зёрен нитридной фазы, что приводит к увеличению твёрдости покрытия.

В данной работе были получены покрытия состава Ti–Al–Ni–Mo–N методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения (Arc-PVD) на твердосплавные режущие пластины (сплав ВК6). Нанесение покрытий проводилось с использованием трёхкатодной системы: молибденовый катод, катод из сплава ВТ5 и нитиноловый катод. Для молибденового катода применялось устройство для сепарации плазменных потоков от капельной фазы.

Регулирование состава наносимых покрытий осуществлялось за счет изменения силы тока дуги, испаряющей катоды, напряжения смещения, подаваемого на подложку, и скорости вращения подложки. Был проведён фазовый и структурный анализ полученных покрытий, исследована морфология их поверхности, зёренная структура, их физико-механические и трибологические свойства, в частности, твёрдость, модуль упругости, работа пластической деформации и коэффициент трения в различных температурных условиях, а также кинетика их окисления на воздухе при повышенных температурах.

Полученные покрытия характеризуются наноструктурой (размер кристаллитов составляет 10–12 нм), а также слоистой архитектурой. Они обладают микротвёрдостью, достигающей 63 ГПа, с работой пластической деформации до 68%. Коэффициент трения при температурах 20 и 550°С составляет, соответственно, 0,62 и 0,43. Покрытия могут противостоять окислению на воздухе, защищая подложку от разрушения, при температурах, достигающих 600–700°С.