Отзыв оппонента доктора физ.-мат. наук В.Д.Седых (Исследование структурно-фазовых состояний и физических свойств алмазоподобных покрытий, легированных металлами VI группы)

отзыв официального оппонента на диссертационную работу ЛЕВИНА Ивана Сергеевича «Исследование структурно — фазовых состояний и физических свойств алмазоподобных покрытий, легированных металлами У1 группы», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 — «Физика конденсированного состояния» Диссертационная работа Левина И.С. посвящена изучению структурно — фазовых состояний и функциональных характеристик алмазоподобных покрытий, легированных металлами У1 группы — хромом, молибденом и вольфрамом, и их взаимосвязи. Эта проблема чрезвычайно важна как с прикладной, так и с научной точки зрения, поскольку упрочняющие функциональные покрытия, в том числе и на основе аморфного или нанокристаллического углерода, находят применение в областях, где предъявляются особые требования к работе различных деталей и узлов, связанные с трением.

Покрытия с алмазоподобной структурой обладают уникальным сочетанием трибологических свойств (пониженным коэффициентом трения и повышенной износостойкостью), что дает значительное увеличение эксплуатационного ресурса изделий. Однако проблема получения материалов с такими покрытиями с наперед заданными оптимальными свойствами вплоть до настоящего времени является чрезвычайно актуальной. Остается много неясных вопросов, например как технологические условия получения покрытий влияют на их структуру и фазовый состав и соответственно на функциональные параметры. В связи с этим тема диссертационной работы Левина И.С. является современной и актуальной.

В работе исследованы углеродные покрытия, легированные разным типом легирую щей добавки. Использованы разные технологии получения покрытий магнетронное распыление и химическое осаждение. Атомнокристалическая структура и фазовый состав исследовались рентген-дифракционными методами. Исследование функциональных свойств (трибологических и механических характеристик) полученных алмазоподобных углеродных покрытий, легированных металлами У1 группы, позволило установить взаимосвязь атомнокристаллической структуры и особенностей фазового состава с функциональными свойствами, а также исследовать влияние на них разных условий активной среды напыления, что очень важно с прикладной точки зрения. Достоверность полученных результатов не вызывает никаких сомнений, поскольку диссертант с большой тщательностью исследователя-экспериментатора подошел к решению данной проблемы. Результаты проверялись и перепроверялись неоднократно, чтобы подтвердить их достоверность.

Диссертационная работа Левина И.С. состоит из введения, четырех глав, заключения и цитируемой литературы. Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель научных исследований и показана их научная новизна и практическая значимость, которая обусловлена перспективным использованием полученных результатов в ряде прикладных задач, таких как создание высокопрочных алмазоподобных покрытий, обладающих повышенной износостойкостью и малым коэффициентом трения.

В первой главе, состоящей из четырех разделов, подробно представлен обзор научной литературы по исследуемой проблеме. Из представленного обзора видно, что диссертант глубоко разбирается в современном состоянии рассматриваемой в диссертации проблемы. Анализ литературного обзора логически и однозначно подводит к теме диссертационной работы н ее важности в контексте современных проблем физики конденсированного состояния вещества и, как составной ее части, материаловедения.

Вторая глава, состоящая нз восьми разделов, посвящена описанию методики получения и исследования образцов. Приводится перечень исследованных образцов с указанием технологических условий получения каждого из них, описание использованных экспериментальных методик для получения информации о структуре и фазовом составе покрытий, полученных образцов. Необходимо отметить, что несомненным достоинством данной работы является использование методики комплексного исследования покрытий, а именно: рентгеновской дифрактометрии, микрорентгенспектрального анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния, измерения микротвердости, установления величины коэффициентов трения и оценки износостойкости покрытий.

Также приводится описание методики расчета функций радиального распределения атомной плотности нз данных рентгенднфракционного эксперимента и обоснование применимости этого метода для более точного определения структурно-фазового состояния исследованных покрытий. Третья глава посвящена определению структурно-фазовых характеристик алмазоподобных покрытий из рентгендифракционных данных. Представлены результаты по разделению вкладов от стальной подложки и собственно покрытия в получаемые экспериментально дифракционные картины. После проведения данной процедуры для каждого из 11 исследованных образцов приводится рассчитанная дифрактограмма (без вклада от стальной подложки), на основе которой определяется фазовый состав соответствующего покрытия.

По результатам анализа делается вывод о влиянии состава активной атмосферы напыления покрытий не только на химический, но и на фазовый состав покрытий, легированных хромом, вольфрамом и молибденом. С хорошей точностью установлено, что по мере увеличения объемной доли азота в активной атмосфере при синтезе покрытий, легированных хромом, наблюдается изменение типа карбидных фаз хрома и выделение фазы нитрида хрома. Изменение условий напыления покрытий, легированных вольфрамом, приводит к существенному перераспределению долей сосуществующих фаз без изменения фазового состава образцов.

Фазовый анализ покрытия, легированного молибденом, показал наличие в нем включений карбидных и силицидных фаз молибдена, что дополнительно подтверждалось данными о химическом составе покрытий. Для подтверждения результатов фазового анализа диссертантом был проведен расчет функций радиального распределения атомов для всех исследованных образцов покрытий с использованием компьютерной программы «РРГде1Х3».

Рассчитанные длины межатомных связей качественно подтверждают результаты проведенного фазового анализа для всех исследованных образцов покрытий. Четвертая глава посвящена описанию результатов исследования физических и функциональных свойств покрытий, в частности, микромеханических и трибологических. По результатам проведенного исследования диссертантом выявлены покрытия, обладающие оптимальным сочетанием функциональных характеристик. В разделе «Обсуждение полученных результатов» приводится сопоставление результатов проведенных структурно-фазовых исследований с данными триботехнических испытаний легированных хромом алмазоподобных покрыгий. Делается вывод, что в случае покрытий, синтезированных в смесях ацетилен-азот, структура на основе наноразмерных включений хрома и его карбидов и нитридов в аморфной углеродной матрице приводит к высоким триботехническим характеристикам покрытий.

Научная новизна диссертационной работы заключается в установлении наличия в образцах алмазоподобных покрытий, легированных хромом с использованием метода магнетронного распыления в активных газовых смесях ацетилен-азот, нано кристаллической структуры, которая и определяет высокие механические и трибологические свойства таких покрытий. Диссертантом делается вывод, что низкие трибологические характеристики образцов покрытий, легированных вольфрамом и молибденом, обусловлены их рентгеноаморфной структурой, в которой отсутствуют сколько-нибудь протяженные области с дальним порядком. Леги рован ие хромсодержащих покрытий кислородом при замене в активной атмосфере напыления азота на воздух не привело к формированию алмазоподобной структуры в таких покрытиях, что существенно ухудшило их функциональные характеристики.

Научно-практическая значимость работы состоит в том, что полученные в диссертационной работе результаты являются основой для дальнейших исследований механизма влияния легирующих добавок, особенностей методов и условий напыления алмазоподобных углеродных покрытий на их структурно-фазовые и функциональные характеристики. Проведенные рентгендифракционные исследования структурно-фазового состояния алмазоподобных покрытий, где в качестве легирующей присадки использовался хром, показали, что магнетронное напыление в газовой смеси, содержащей азот, приводит к образованию в покрытии фаз нитридов хрома, что позволяет создавать алмазоподобные пленки с достаточно низкими значениями коэффициента трения и повьппенной работоспособностью.

Данная технология представляет значительный интерес с точки зрения ее практического использования. Наиболее интересной и важной частью работы, на мой взгляд, является нахождение взаимосвязи между структурно-фазовыми состояниями легированных алмазоподобных покрытий и их функциональными характеристиками. Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что диссертационная работа выполнена на высоком исследовательском уровне.

Проведено всестороннее исследование влияния технологических условий получения покрытий на их структурно-фазовый состав и на функциональные параметры. К диссертационной работе имеются некоторые замечания, основные из них следующие: 1. К сожалению, в работе не приводится подробного описания использования методики обработки рентгендифракционных данных при установлении фазового состава алмазоподобных покрытий, которое хорошо было бы представить хотя бы для одного образца. При вьгчислении среднего размера кристаллов по ширине дифракционной линии необходимо учитывать инструментальное уширение, определяемое по съемкам эталона с учетом использованных в эксперименте коллимационных параметров (размере щелей и др.). Для определения истинного уширения наиболее часто вместо формулы Селякова-Шеррера используют формулу Каучи или Гаусса. Не совсем четко сформулирован выбор приоритета исследования структурно-фазовых и функциональных свойств, именно хромовых покрытий, и преимущества таких покрытий по сравнению с покрытиями, легированными вольфрамом или молибденом.