Отзыв ведущей организации (Исследование структурно-фазовых состояний и физических свойств алмазоподобных покрытий, легированных металлами VI группы)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО НАУЧНЫХОРГАНИЗАЦИЙ (ФАНО РОССИИ)Федеральное государственное бюджетноеучреждение наукиУТВЕРЖДАЮИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИИ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯим. А.А. БайковаРоссийской академии наук(ИМЕТ РАН)119334, ГСП-1, Москва, Ленинский пр., 49Тел.

(499) 135-20-60, 135-86-11; факс: 135-86-80E-mail: imet@imet.ac.ru http://www.imet.ac.ruОКПО 02698772, ОГРН 1027700298702ИНН/КПП 7736045483/773601001№ 12202_______________ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИна диссертационную работу ЛЕВИНА ИВАНА СЕРГЕЕВИЧА «Исследованиеструктурно - фазовых состояний и физических свойств алмазоподобныхпокрытий, легированных металламиVIгруппы», представленную насоискание ученой степени кандидата физико-математических наук поспециальности 01.04.07 - физика конденсированного состоянияПроблемы создания упрочняющих функциональных поверхностей различных машин имеханизмов, повышение износостойкости рабочего инструмента являются важными иактуальными задачами физики конденсированного состояния вещества и как составной еечасти - материаловедения, поскольку напрямую связаны со структурой и фазовым составомпокрытий.

В последние годы решение этих вопросоввходит в число приоритетныхтехнологий государственного уровня.В настоящее время установлено, что алмазоподобные углеродные покрытия (АПП)могут обеспечить как снижение коэффициента трения, так и уменьшение интенсивностиизнашивания функциональных материалов и изделий из них при нанесении таких покрытий нарабочие поверхности трущихся деталей. Свойства таких покрытий находятся в сильнойзависимости от фазового состава, микроструктуры и способов их получения, поэтому могутизменяться в широких пределах.

К сожалению, АПП обладают и рядом недостатков, ккоторым можно отнести низкую адгезию к подложке и высокий уровень сжимающихостаточных напряжений. Чтобы избавиться от этих проблем предполагается использовать приизготовлении АПП их легирование карбидообразующими металлами за счет возможногообразования в матрице покрытий ультрадисперсных включений карбидных фаз.Поскольку до сих пор нельзя заранее предсказать функциональные свойства АПП, топроведениекомплексноголегированныхразличнымиизученияструктурно-фазовыхметаллами,иустановления(трибологические и механические) свойствахарактеристикихвлияниянапокрытий,физическиеобуславливает высокий интерес к такимисследованиям. Именно решению этих вопросов и посвящена диссертационная работа ЛевинаИ.С.,вкоторойпроведеноисследованиевлиянияструктурно-фазовогосостоянияалмазоподобных покрытий на их физические свойства.

В качестве легирующих добавок вдиссертационной работе рассмотрены карбидообразующие металлы VI группы, а в качествеметодов нанесения АПП - метод реактивного магнетронного распыления, использующийактивную атмосферу углеводородов в газообразном состоянии и смеси на их основе, а такжеметодплазмохимическогоосаждениясиспользованиемкремнийорганическихгазов-прекурсоров.

Оба этих метода в настоящее время широко используются при изготовленииалмазоподобных покрытий.Таким образом, можно заключить, что область диссертационного исследования,представленного к защите Левиным И.С., обладает несомненной актуальностью, а тематикаего работы соответствует специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния.Диссертация имеет классическую структуру и состоит из введения, обзора литературы,описанияметодовобсужденияпроведениярезультатов,эксперимента,выводовиобработкиспискалитературы,экспериментальныхкоторыйданных,насчитывает87наименований. Диссертация изложена на 148 страницах, содержит 63 рисунка и 13 таблиц.Вовведенииобоснованаактуальностьвыбраннойтемыисследования,сформулированы научная новизна и практическая значимость работы, изложены цель и задачиисследования, приведены положения, выносимые на защиту.ВобзорелитературыИ.

С.Левинпредставил:описаниеосновныхтиповалмазоподобных структур и их свойств; основные способы получения АПП; результатырентгендифракционных исследований алмазоподобных структур, легированных различнымиметаллами; а также результаты исследований функциональных свойств алмазоподобныхпокрытий.

На основании проведенного анализа литературы им сделан вывод о возможностиповышенияфункциональныххарактеристикАППпутемихлегированиякарбидообразующими металлами.По итогам проведенного обзора диссертантом также отмечено, что в литературепрактически не представлены результаты исследований зависимости тонкой атомнойструктуры и фазового состава покрытий от типа легирующей примеси и технологии ихполучения, хотя именно они ответственны за основные функциональные (трибологические имеханические) характеристики любых типов покрытий.Во второй главе приведено описание методики приготовления образцов, установленияхимическогосоставапокрытий,проведениярентгендифракционныхисследованийипервичной обработки получаемых экспериментальных данных. Подробно и четко описанаметодика проведения установления фазового состава покрытий. Также подробно описанаметодикарасчетафункциирадиальногораспределенияатомовизданныхрентгендифракционного эксперимента.Проведено описание методики измерения трибологических (коэффициент трения иизносостойкость) и механических характеристик исследуемых покрытий.ТретьяглавадиссертационнойработыИ.С.Левинапосвященарезультатамрентгенографических исследований структурного состояния и фазового состава 1 1 образцовпокрытий, легированных металлами VI группы (хром, вольфрам и молибден), полученных какразличными методами, так и при использовании метода магнетронного распыления сразличными атмосферами.При обработке экспериментальных рентгендифракционных данных диссертантомиспользовалась специальная методика исключения вклада подложки в дифракционнуюкартину покрытия, что позволило с хорошей точностью провести рентгенофазовый анализименно покрытий.Было установлено, что в образцах, легированных хромом, полученных методоммагнетронного распыления в реактивных атмосферах на основе ацетилена и азота различногосостава, покрытия состоят из смеси фазы чистого хрома и его карбида.

По мере изменениясостава активной атмосферы напыления обнаружено изменение структурного типа фазыкарбида хрома (СггзСб, СГ7С3, СГ3С2), а при содержании азота в атмосфере напыления более 40об.% дополнительно к карбидной фазе в образцах покрытий была обнаружена и фаза нитридахрома, состав и доля которой менялась в зависимости от состава напылительной атмосферы.В покрытиях, синтезированных в атмосферах, содержавших воздух, вместо карбидныхфаз хрома диссертантом были установлены его оксидные фазы, доля которых менялась взависимости от состава атмосферы в рабочей камере. Кроме того, замена азота на воздухвлекла за собой невозможность синтеза алмазоподобных покрытий за счет образованиягазообразного монооксида углерода, который выводился из напылительной камеры.Для покрытий, легированных вольфрамом, использование двух методик их напыленияприводило только к существенному изменению долей сосуществующих в их матрице фаз, неменяя фазовый состав.Наибольшую сложность при установлении фазового состава вызвало покрытие,легированное молибденом, поскольку оно имело толщину порядка 1 мкм.Проведенныйдиссертантом анализ показал, что в нем присутствуют помимо фазы чистого молибденанебольшая доля карбида молибдена (М02 С) и внушительная доля фаз его силицидов (Mo3Si иMo5Si3).Заметим, что при проведении рентгенофазового анализа исследованных образцовдиссертантуспешноиспользовалметодрентгеноспектральногомикроанализадляустановления их химического состава и метод спектроскопии комбинационного рассеяния, спомощью которого было установлено, что структура АПП содержит как гексагональную(графитную) sp , так и и тетраэдрическую (алмазную) sp -конфигурацию атомов углерода.По данным об уширении дифракционных линий диссертантом были рассчитаныразмеры областей когерентного рассеяния (ОКР) для образцов, легированных хромом.

Былоустановлено, что размер ОКР чистого хрома существенно превышает размеры включений егонитридных и карбидных фаз, но все рассчитанные значения ОКР (независимо от составарабочей атмосферы) составляли меньше 15 нм, т.е. покрытия, легированные хромом былинаноструктурированными.Покрытия,легированныевольфрамомимолибденом,характеризовались рентгеноаморфной структурой.Используя данные рентгеновского эксперимента для всех исследуемых образцовпокрытий Левиным И.С. был проведен расчет функции радиального распределения атомов(ФРР) с использованием компьютерной программы «PDFgetX3», которая сначала былауспешно им протестирована для известных в литературе структур.

Заметим, что проведенныйрасчет длин атомных связей только качественно подтвердил экспериментальные результатыфазового анализа для всех исследованных образцов покрытий. Это связано, скорее всего, как сособенностями технологий синтеза АПП, использованный в данной работе, так и с тем, что влитературе имеются данные лишь для практически идеальных структур.Несомненным достоинством работы диссертанта является установление закономерностизатухания амплитуды осцилляций рассчитанных функций радиального распределения атомовв исследованных покрытиях, легированных металлами YI группы. Впервые Левиным И.С.было установлено, что амплитуда осцилляций ФРР в наноструктурированных покрытиях,легированных хромом, начинает значительно уменьшаться на межатомных расстоянияхпорядка 1(Н15 нм, что сопоставимо с размерами наблюдаемых в них размеров зеренметаллического хрома, тогда как в рентгеноаморфных покрытияхa-C:H:W и a-C:H:Mo:Siкорреляционный радиус не превышал 1 нм.Четвертая глава диссертационной работы посвящена результатам исследованияфизическихифункциональныхсвойствисследованныхпокрытий,вчастности,микромеханических и трибологических.Было установлено, что микротвердость покрытий, легированных хромом, растет сувеличением отношения долей N 2/C2H2 в активной атмосфере, и ее величина больше, чемсоответствующиезначениядляподложки(сталь),чтосвидетельствуето том,чтоисследованные покрытия являются упрочняющими.Дляпокрытий,легированныхвольфрамом,наилучшимимикромеханическимихарактеристиками обладал образец, полученный по методике реактивного распылениявольфрам-графитовой мишени в смеси аргона и ацетилена.Большая часть данной главы посвящена результатам проведенных исследованийтрибологических характеристик покрытий с использованиемшарикового трибометра сосхемой контакта «диск - сфера».Было установлено, что наиболее высокими характеристиками обладали покрытия,легированные хромом.