Свойства покрытий многоэлементных композиций, полученных магнетронным распылением

Свойства покрытий многоэлементных композиций, полученных магнетронным распылением

Жармагамбетова Гулжан Аскаркызы, студент магистратуры

Карагандинский государственный университет имени Е. А. Букетова (Казахстан)

Повышение надежности и производительность рабочих машин за счет снижения скорости износа и коэффициента трения связанных площадей поверхностей — эта проблема решается с помощью покрытий из тонкослойных твердых тел, полученных методом вакуумного напыления. На сегодняшний день для поставленной цели увеличения срока службы промышленных деталей, в частности работающих в агрессивной среде. Работа по созданию многоэлементных конструкций не нова, ведущим данным исследованиям около 100 лет. Эти структуры обладают рядом исключительных свойств, которые нельзя получить методами классической металлургии. Развитием создания такой технологии является формирование сплавов со следующими свойствами: жаропрочность, износостойкость, высокая твердость, трещиностойкость, шероховатость.

Ключевые слова : многоэлементное покрытие, защитное покрытие металла, износостойкое покрытие, коэффициент трения, микротвердость, износ.

Создание твердых структур из металлических сплавов, размещенных в равных слоях с примерно одинаковыми атомными объемами, зовутся высокоэнтропийными сплавами (ВЭC). По составу ВЭС аналогичны обычным сплавам в твердом состоянии, как многоэлементный сплав, также здесь можно включить содержание частиц дисперсионно-упрочненных фаз. Эта технология открывает безграничные возможности для производства новых сплавов и машиностроительных устройств.

В самом начале основой для ВЭС служили только тугоплавкие металлы, а именно: молибден, вольфрам, таллий, ванадий, ниобий. Поскольку эти сплавы имеют объемно-центрированную кубическую решетку (ОЦК, 2 атома на ячейку), в результате они показывают высокую прочность, но гораздо более высокую плотность, чем промышленные никелевые сплавы. Решением этой проблемы стало повышение удельной прочности, но тогда эксплуатационная теплостойкость теряется, и, несмотря на это, она должна быть основным критерием при выборе составляющих слоев композиции.

Свойства этих сплавов в эксплуатации зависят от состава, но также и от конструктивного решения, касающегося характеристик конечного продукта — уменьшения площади контакта.

Экспериментальная работа. Для получения многоэлементных покрытий использовались микропорошки следующих составов:

1. CrNiTiFeCu
2. CrNiTiCoCu
3. CrNiTiTaCu
4. CrNiTiAlCu
5. CuNiCrTiZn
6. CuNiTiFeCu
7. CuNiTiFeCu
8. CuNiCrTiZn

Таблетки были созданы из ранее представленных микропорошков и смешаны в эквиатомных пропорциях. В ходе работы применялась вакуумная установка с ионно-плазменной камерой ННВ-6.6И1. Данная установка, ионно-плазменная камера вакуумная ННВ-6,6-И1, предназначена для нанесения прочных однослойных и многослойных покрытий на обширный спектр устройств диаметром до 200 мм и длиной до 250 мм при ионной бомбардировке с помощью конденсация вещества.

Рис. 1. полученные диски

Рис. 2. полученные шестигранники

Определение коэффициента трения. Для определения коэффициентов трения использовалась экспериментальная установка «Информационно-измерительное устройство для определения коэффициента трения скольжения» (рис. 3), созданная на базе вуза. Измерения проводились 20 раз. Вес загрузки — 50 г, резиновая накладка — 0,6 г.

Определение микротвердости . Микротвердость по Виккерсу измеряли с помощью алмазной пирамиды с углом при основании 136 °, с нагрузкой 100 грамм и временем выдержки 15 с. Наноиндентирование проводили на приборе HVS-1000A производства Lyric с использованием алмазной пирамиды с расстоянием 85 мм от центра индентора до внешней стенки. Точность измерения глубины вдавливания составляет ± 0,04 нм. Нагрузка — 10 мН, выдержка 200 с. Измерения проводились 20 раз.

Определение износа . Методы испытаний на износ на переменной площади контакта с определением параметров модели износа.

Рассмотрено контактное взаимодействие вращающегося, вращающегося шара, радиуса и неподвижной плоскости под действием нагрузки.

Средние значения экспериментальных данных приведены в таблице ниже.

Таблица 1

Где для Al, для стали, для Cu — коэффициенты трения; HV — значение микротвердости, (0,025) ^ — 3 — нагрузка; износ — степень износа; d — диаметры полученных лунок.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование композиционных многоэлементных композиций для узлов и машин может иметь достаточную твердость и износостойкость. Следственно при использовании вакуумно-плазменных покрытий общая ионная оценка покрытий основана на низком коэффициенте трения, который, как следствие, увеличивает твердость и износ деталей машин.

Заключение. Методом ионно-плазменного напыления получены однородные износостойкие покрытия на основе: CrNiTiFeCu, CrNiTiCoCu, CrNiTiTaCu, CrNiTiAlCu, CuNiCrTiZn, CuNiTiFeCu, CuNiTiFeCu, CuNiCrTiZn.

Исследованы их трибологические свойства.

1. Energy Consumption Due to Friction in Motored Vehicles and Low-Friction Coatings to Reduce It, © Springer International Publishing Switzerland 2015 1 S. C. Cha, A. Erdemir (eds.), Coating Technology for Vehicle Applications, DOI 10.1007/978–3–319–14771–0_1
2. Influence of tribology on global energy consumption, costs and emissions Kenneth HOLMBERG1,*, Ali ERDEMIR2 1 VTT Technical Research Centre of Finland, VTT FI-02044, Finland 2 Argonne National Laboratory, Argonne, IL 60439, USA Received: 17 May 2017 / Accepted: 06 July 2017
3. Key Engineering Materials Submitted: 2018–05–20 ISSN: 1662–9795, Vol. 788, pp 59–67 Revised: 2018–09–28 doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.788.59 Accepted: 2018–10–02 © 2018 Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, Evaluation of the Physical and Mechanical Characteristics of Ion-Plasma Antifriction Coatings Based on Ti-Cu Aleksandrs Urbahs1,a, Konstantins Savkovs2,b, Margarita Urbaha3,c, Darja Andrejeva4
4. XII International Conference Radiation-thermal Effects and Processes in Inorganic Materials IOP Publishing IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 168 (2017) 012038 doi:10.1088/1757–899X/168/1/012038, Comparative physical-tribological properties of anti-friction ion-plasma Ti-C-Mo-S coating on VT6 alloy or 20X13 and 40X steels A Y Shubin1,3,A I Potekaev2,V M Savostikov2, S V Galsanov2, V S Dmitriev1, I B Stepanov1, E B Kashkarov1 and V H Dammer3
5. А. П. Уманский, Е. Н. Полярус, М. С. Украинец, А. У. Стельмах, «Исследование механизмов изнашивания оксидов титана, хрома и циркония при трении в условиях высоких температур»
6. “Структурные аспекты износостойкости вакуумных ионно-плазменных покрытий”, Колесников В. И., Кудряков В. И., Забияка И. Ю. и др., “Физическая мезомеханика, 23”, 2020г., 62–77 https://studme.org/99937/tehnika/struktura_katoda_ustanovki_ionno_plazmennogo_naneseniya
7. Sutton, D. C., Limbert, G., Burdett, B., & Wood, R. J. K. (2013). Interpreting the effects of interfacial chemistry on the tribology of diamond-like carbon coatings against steel in distilled water. Wear, 302(1–2), 918–928.