Структура та властивості захисних гібридних покриттів TiN/Al2O3 та TiN/Cr/Al2O3 - Автореферат

Структура та властивості захисних гібридних покриттів TIN/Al2O3 та TIN/Cr/Al2O3Зокрема, значний інтерес викликають тонкі захисні покриття, які мають гарні фізико-механічні та хімічні показники (високу твердість, стійкість до зносу і дії агресивного середовища, низькі тепло - та електропровідність і т. п.). Порівняно новим напрямом у галузі модифікації властивостей поверхні є плазмово-детонаційна технологія, яка дозволяє формувати захисні покриття на основі порошків тугоплавких матеріалів з наперед заданим складом і точністю відтворення товщини в умовах серійного виробництва. Тому дослідження структури і елементного складу, фазових і морфологічних змін, що відбуваються при обробці захисного шару (TIN/Al2O3 і TIN/Cr/Al2O3) потоками високошвидкісних електронів, а також механічних і хімічних властивостей гібридних покриттів, одержаних комбінованим способом, є актуальними та важливими для забезпечення довгострокового і ефективного захисту поверхні. Мета роботи полягає у встановленні загальних закономірностей формування структури та морфології поверхні покриттів TIN/Al2O3 і TIN/Cr/Al2O3, а також вивчення впливу опромінювання НВЕП на процеси масоперенесення, фазових перетворень та ефективність модифікації фізико-механічних і хімічних властивостей таких систем. Отримали подальший розвиток уявлення про процеси перерозподілу компонентів у складі захисного шару під впливом НВЕП (масоперенесення атомів Ti і N вглиб керамічного покриття, а також атомів C, Al і O у напрямі поверхні плівки TIN); вперше встановлено величину ефективного коефіцієнта масоперенесення атомів Ti для системи TIN/Cr/Al2O3, яка складає ~10-13-10-12 м2/с.У першому розділі «Фізичні закономірності формування захисних покриттів комбінованим способом» спочатку викладено порівняльний аналіз робіт стосовно методики формування порошкових покриттів за допомогою плазмової, детонаційної і плазмово-детонаційної технології, виходячи з якого зроблений висновок про переваги застосування високошвидкісних потоків імпульсної плазми для створення захисних шарів на основі порошків тугоплавких матеріалів. Описано механізм впливу підвищення температури плазми і швидкості частинок порошку на поліпшення адгезії покриття до підкладки. При цьому можна вважати, що процес кристалізації частинки проходить при температурі в області контакту Tk, яка визначається згідно співвідношення: , (1) де Ке - критерій теплової активності частинки відносно підкладки; Тч і Т0 - температура матеріалу частинки і підкладки в момент формування покриття; Ф(а) - інтеграл ймовірності; a=f(Ke, KL); KL - критерій оцінки теплоти плавлення матеріалу частинки. Третій розділ «Вплив ЕПО Al2O3 на елементний і фазовий склад гібридних покриттів» присвячено результатам досліджень морфології поверхні, елементного і фазового складу покриттів Al2O3, TIN/Cr/Al2O3 і TIN/Al2O3 у початковому стані та після ЕПО порошкового підшару (час впливу НВЕП t=1,2 с). У четвертому розділі «Процеси масоперенесення та структурно-фазових перетворень в покриттях TIN/Cr/Al2O3 та TIN/Al2O3 під впливом НВЕП» наведено результати дослідження перерозподілу компонентів захисного шару по глибині і змін у фазовому складі покриттів в залежності від режимів ЕПО та товщини підкладки h.плавленням порошку і його швидким подальшим твердненням, що приводить до активації фазових переходів типу a®g і дозволяє отримати захисний шар на основі a - (до 70 об.%) і g-фази (до 30 об.%) Al2O3 з домішкою його метастабільних d-, q-, b - та аморфної модифікацій. ЕПО підшару Al2O3 з q=3,6?106 Вт/м2 призводить до помітного зниження висоти мікровиступів, що дає можливість отримати однорідні за товщиною шари Cr та TIN і сформувати покриття з розміром неоднорідностей порядку 1 мкм; високошвидкісне порядкове нагрівання покриттів TIN/Cr/Al2O3 НВЕП (dп»3?10-4 м, q=(2,4-4,8)?108 Вт/м2) викликає інтенсивне плавлення, часткове розпилення і дегазацію опромінених ділянок захисного шару; послідовне нагрівання матеріалу TIN/Al2O3 (товщина підкладки 1,1?10-3м) з густиною потужності q1=7,1?106 і q2=13,4?106 Вт/м2 дозволяє проплавити покриття на глибину ~ 60 мкм та сформувати щільний малошорсткий захисний шар і виключити можливість формування мікротріщин у підшарі Al2O3.

Основний зміст роботи