Аналіз структури, мікромеханічної поведінки та нанотвердості нанокристалічних плівок металів–аналогів хрому і молібдену осаджених електродуговим і магнетронним розпиленням та газополуменевим напиленням. Підвищення твердості шляхом інженерії меж зерен.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИЗахист відбудеться “15 “червня 2005 року о 1400 год, на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.207.01 в Інституті проблем матеріалознавства ім. Досліджено вплив пружно-пластичних властивостей підкладинки на мікромеханічну поведінку систем хромова (молібденова) плівка-підкладинка при наноіндентуванні та проаналізовано можливості виділення значень твердості і модуля пружності плівок з даних, одержаних при наноіндентуванні системи плівка-підкладинка. The thesis presents results of complex analysis of structure and mechanical behavior of chromium produced by electric arc and magnetron sputtering, gas-flame spraying. The chromium coatings produced by gas-flame spraying have composite structure which consists of crystallized drops and chromium oxycarbonitrides. The crystallized drops have fine-grained structure (the grain sizes ranged from 200 to 400 nm), and disperse chromium oxides Cr3O4 are present inside in grains.Сучасна промисловість висуває серйозні вимоги до матеріалів, що застосовуються для створення виробів, котрі працюють в умовах екстремальних температур і тисків, в агресивних середовищах. Проте відомо, що механічні властивості осаджених матеріалів не тільки суттєво відрізняються від властивостей цих же матеріалів у масивному стані, а й змінюються в широких межах залежно від умов, реалізованих при їх одержанні. Варіювання технологічних параметрів дозволяє осаджувати шари з аморфною, мікрокристалічною, монокристалічною, а також з надзвичайно дрібнозернистою структурою, розмір зерна якої не перевищує 100 нм, що набуває особливого значення в звязку зі стрімким розвитком досліджень нових, перспективних завдяки цілому ряду унікальних фізичних, у тому числі й механічних, властивостей нанокристалічних матеріалів і композицій. Всебічне вивчення закономірностей формування, особливостей структури й механічних властивостей осаджених матеріалів створює реальні перспективи для одержання тонких плівок і товстих металевих шарів з заданими міцнісними характеристиками. Поєднання високої термічної та корозійної стійкості з високими значеннями температури плавлення, модулів пружності, теплопровідності, низькими значеннями коефіцієнта термічного розширення зумовили широке використання хрому як матеріалу для створення захисних і зносостійких покриттів.Проведений аналіз свідчить, що на момент постановки задач роботи найбільш детально досліджена структура й механічні властивості хрому, осадженого методом термічного випаровування у вакуумі, тоді як існує обмежена кількість робіт із дослідження структури хрому, осадженого методами іонно-плазмового розпилення, відсутні дані про внутрішню дефектну структуру закристалізованих деформованих частинок, що формують покриття при газотермічному напиленні. Обєкти досліджень: газополуменеві покриття із хрому товщиною 0,5 мм, нанесені на стандартно підготовлену поверхню чавуну; покриття із хрому товщиною 25-40 мкм, одержані електродуговим вакуумним розпиленням на полікристалічні підкладинки із міді та молібдену (температура підкладинок змінювалась від 373 до 1173 К); осаджений методом магнетронного розпилення на підкладинки із луго-вапняного скла, міді, полікристалічного корунду, монокристалічного кремнію (111) та свіжосколеного монокристалічного NACL (температура підкладинок змінювалась від кімнатної до 573 К) хром товщиною від 5 нм до 42 мкм та молібден товщиною 400 нм на підкладинках із монокристалічного кремнію (111). Показано, що одержані розпиленням на охолоджувані підкладинки плівки хрому мають ультрадрібнозернисту структуру, розмір зерна якої внаслідок процесів типу збираючої рекристалізації, що перебігають у плівці при напиленні у безперервному режимі зростає від 4-5 до 35 нм при збільшенні товщини плівки від 5 до 100 нм. В плівках товщиною 10-100 нм на охолоджуваній підкладинці формується однофазна структура ОЦК-хрому, одночасно на мікродифракційних знімках, одержаних від плівок товщиною 5 нм, поряд з кільцями від ОЦК-гратки хрому фіксуються додаткові кільця, що свідчить про насичення плівок газовими домішками, яке повязано з наявністю адсорбованого шару газів на поверхні підкладинки. При цьому значення СКТ (середнього контактного тиску) у системі плівка хрому-кремній на ділянці зростання навантаження більш, ніж удвічі перевищує його значення в системі плівка молібдену-кремній, що вказує на те, що тиск, достатній для утворення фази Si II, на межі розділу плівка молібдену-кремній не досягається.Виявлено особливості впливу пружно-пластичних характеристик плівки і підкладинки на мікромеханічну поведінку системи плівка-підкладинка та розглянуто можливості визначення механічних характеристик плівок при наноіндентуванні системи плівка-підкладинка. Мікротвердість покриття досягає 8,7 ГПА, високі значення твердості зберігаються до температури 1273 К, тоді як твердість електролітичних хромових покриттів різко падає при нагріванні до температур 873-1073 К.