Automatic Welding, 2013, №07



2013 №07 (03)

2013 №07 (05)

---

«Автоматическая сварка», 2013, № 7, с. 26-34  

МАГНЕТРОННЫЕ НАНОКОМПОЗИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ nc-TiC/a-C

Ю. С. БОРИСОВ1, М. В. КУЗНЕЦОВ1, А. В. ВОЛОС1, В. Г. ЗАДОЯ1, Л. М. КАПИТАНЧУК1, В. В. СТРЕЛЬЧУК2, В. П. КЛАДКО2, В. Ф. ГОРБАНЬ3

1 ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2 Ин-т физики полупроводников им. В. В. Лошкарева НАНУ. 03028, г. Киев, Просп. Науки, 41. E-mail: info@isp.isp.kiev.ua
3 Ин-т проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАНУ. 03142, г. Киев, ул. Кржижановского, 3. E-mail: root@ipms.kiev.ua
 
Реферат
Одним из основных направлений в современном развитии инженерии поверхности является создание нанокомпозитной структуры, где среди ее компонентов находится хотя бы одна фаза с размером структурного элемента менее 100 нм. Наличие многофазности структуры с разнородными границами зерен создает препятствие росту их размера, что обеспечивает стабильность сформированной структуры покрытий. Настоящая работа посвящена исследованию процесса формирования нанокомпозитного nc-TiC/a-C покрытия на подложках из стали 08Х18Н10Т, Х12М и титана ВТ1-0 методом магнетронного распыления мишеней из графита и титана. Для управления составом покрытия была разработана расчетная методика, предусматривающая изменения мощности магнетронного разряда с титановой мишенью при постоянной мощности разряда с графитовой мишенью, что обеспечило возможность получения покрытий в диапазоне составов 42,5…70 ат. % C и 57,5…30 ат. % Ti. Покрытия исследовались методами ренгеновской дифракции, рамановской спектроскопии, ренгеновской фотоэлетронной спектроскопии, микроиндентирования. Установлено, что 80% в структуре покрытия занимает фаза нанокристаллического TiС и 20 % матрица аморфного углерода. Определено, что степень упорядоченности углерода зависит от состава покрытий. Показано, что размер зерна TiC и твердость покрытия зависят от отношения Ti/С. Минимальный размер зерна TiC (2,9…4,3 нм) и максимальная твердость (до 30…38 ГПа) достигаются при соотношении Ti/С (в ат. %) 46/54. Максимальная нормированная твердость H/E* = 0,134, являющаяся показателем сопротивления материала покрытия пластической деформации, достигнута на подложке из стали 08Х18Н10Т.
 
Ключевые слова: нанокомпозитное покрытие, магнетронное распыление, карбид титана, аморфный углерод, размер зерна, структура, твердость
 
Поступила в редакцию 28.05.2013
Опубликовано 18.06.2013
 
1. Андриевский Р. А. Наноструктурные материалы — состояние, разработка и перспективы // Порошковая металлургия. — 2001. — № 6. — С. 5–11.
2. Андриевский Р. А., Глезер А. М. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. I. Особенности структур. Термодинамика. Фазовые равновесия. Кинетичес-кие явления // Физ. металлов и металловедение. — 1999. — 88, № 1. — С. 50–73.
3. Андриевский Р. А., Глезер А. М. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. II Механические и физические свойства // Там же. — 2000. — 89, № 1. — С. 91–112.
4. Рагуля А. В., Скороход В. В. Консолидированные наноструктурные материалы. — Киев: Наук. думка, 2007. — 375 с.
5. Решетняк Е. Н., Стрельницкий В. Е. Синтез упрочненных наноструктурных покрытий // Вопр. атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. — 2008. — № 2 (92). — С. 119–130.
6. Штанский Д. В., Левашов Е. А. Многокомпонентные наноструктурные тонкие пленки: проблемы и решения (Обзор) // Изв. вузов. Цветная металлургия. — 2009. — № 9. — С. 12–15.
7. Superhard nanocomposites: Origin of hardness enhancement properties and applications / S. Veprek, R. F.Zhang, M. J. G. Veprek et al. // Surf. and Coat. Technol. — 2010. — 204. — P. 1898–1906.
8. Recent advances of superhard nanocomposite coatings: a review / S. Zhang, D. Sun, Y. Fu, H. De. // Ibid. — 2003. — V. 167. — P. 113–119.
9. Zehnder T., Patscheider J. Nanocomposite TiC/a- C:H hard coatings deposited by reactive PVD // Ibid. — 2000. — V. 133-134. — P. 138–144.
10. Voevodin A. A., Zabinski J. S. Supertough wear-resistant coating with «chameleon» adaptation // Thin Solid Films. — 2000. — V. 370. — P. 223–231.
11. Galvan D., Pei Y. T., J. Th De Hosson. Influence of deposition parameters on the structure and mechanical properties of nanocomposite coatings // Surf. and Coat. Technol. — 2006. — V. 201. — P. 590–598.
12. Patscheider J., Zehnder T., Dieseren M. Structure-performance relations in nanocomposite coatings // Ibid. — 2001. — V. 146–147. — P. 201–208.
13. Stuber M., Leiste H., Ulrich S. Microstructure and properties of low friction TiC - C nanocomposite coatings deposited by magnetron sputterig // Ibid. — 2002. — V. 150. — P. 218–226.
14. Martinez D., Lopez- Cortes C., Fernandez A. Influence of microstructure on the mechanical and tribological behaviour of TiC/a-C nanocomposite coatings // Thin Solid Films. — 2009. — V. 517. — P. 1662–1671.
15. Metal carbide/amorphous C-based nanocomposite coatings for tribological application / J. C. Sanchez-Lopez, D. MartinezMartinez, M. D. Abad, A. Fernandez // Surf. and Coat. Technol. — 2009. — V. 204. — P. 947–953.
16. Microstructure and tribological properties of magnetron sputtered nc-TiC/a-C nanocomposite / S. Zhang, X. Lamb Bui, J. Jiang, X. Li // Ibid. — 2005. — V. 198. — P. 206–211.
17. Nanostructured TiC/a-C coatings for friction and wear resistant applications / Y. T. Pei, D. Galvan, J. Th. De Hosson, A. Cavaleiro // Ibid. — 2005. — V. 198. — P. 44–50.
18. Фирстов С. А., Горбань В. Ф., Печковский Э. П. Новая методология обработки и анализа результатов автоматического индентирования материалов. — Киев: Логос, 2009. — 82 с.
19. Ferrari A., Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Phys. Rev. — 2000. — 61, № 20. — P. 14095–14107.