Автореферат (1103280), страница 2
Текст из файла (страница 2)
№ 28 Программы ФНИ ГАН на2013-2020 гг.) и НИР «Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (намезо - и атомарном уровнях)» (ГР № 01200108657).Положения, выносимые на защиту1.Условия формирования гетерофазной структуры покрытий аморфногогидрогенизированного углерода а-С:Н:Cr, полученных методом реактивного магнетронногораспыления в смесях ацетилен-азот, состоящей из наноструктурированных областейметаллической фазы и наноразмерных выделений фаз карбидов и нитрида хрома.2.Способы управления структурно-фазовыми характеристиками а-С:H:Сrпокрытий путем изменения состава активной атмосферы при использовании метода реактивногомагнетронного распыления.3.Причины деградации трибологических характеристик покрытий а-С:H:W иа-С:H:Si-Mo за счет формирования в них рентгеноаморфной структуры.4.Выявление покрытий, обладающих оптимальным сочетанием функциональныххарактеристик.Апробация результатов исследования осуществлена в публикациях, докладах ивыступлениях на следующих конференциях:II, III и IV Международные научные конференции «Фундаментальные исследования иинновационные технологии в машиностроении", Москва, 2012, 2014, 2015 гг.; V5Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов»,Москва, 2013 г.; Международный симпозиум «Физика кристаллов – 2013», Москва, 2013 г.; VIЕвразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодногоклимата, Якутск, 2013 г.; XI и XII Международные конференции «Пленки и покрытия»,Санкт-Петербург, 2013, 2015 гг.; V Международная конференции с элементами научной школыдля молодежи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества», Суздаль, 2014 г.;Научная конференция «Ломоносовские чтения», МГУ им.
М.В. Ломоносова, 2014–2016 гг.; XIIМеждународная конференция по наноструктурированным материалам «NANO 2014», Москва,2014 г., III Международная конференция «Живучесть и конструкционное материаловедение»,Москва, 2014 г.; IV Российско-Японский научно-технический семинар «Современные методыисследования структуры материалов и их применение в материаловедении», Москва, 2014г.; X иXI Научно-технические конференции с международным участием «Проблемы машиностроения:Трибология – машиностроению», Москва, 2014, 2016 гг.; VI Международная конференция«Кристаллофизика и деформационное поведение перспективных материалов», Москва, 2015 г.;II Всероссийская молодежная научно-техническая конференция с международным участием«Инновации в машиностроении», Москва, 2015 г.; VIII Международная конференция«Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (MPFP-2016),Тамбов, 2016 г.; XVII Международная молодежная конференция «Гагаринские чтения», Москва,2016 г.; XXIII Всероссийская научная конференция «Вакуумная техника и технология»,Санкт-Петербург, 2016 г., VI Всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО-2016»,Москва, 2016 г.ПубликацииРезультаты диссертационной работы освещены в 10 статьях, опубликованных врецензируемых научных изданиях, индексируемых в базах данных WOS, SCOPUS, RSCI(РИНЦ), из них 6 статей в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК, а также в тезисах к21 докладу на российских и международных конференциях.Достоверность результатов диссертации обеспечивалась использованием прецизионныхметодов рентгеноструктурного анализа, современных методов измерения функциональныххарактеристик алмазоподобных покрытий, а также методами обработки экспериментальныхданныхимногократновоспроизводимымиэкспериментальнымирезультатами,согласующимися с литературными данными.Личный вклад автора: все изложенные в диссертационной работе оригинальные результатыполучены либо автором лично, либо при его непосредственном участии.
Подготовкапубликаций проводилась совместно с соавторами.Структура и содержание работыДиссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и спискаиспользованной литературы. Полный объем диссертации составляет 148 страниц, включая 63рисунка и 13 таблиц. Список использованной литературы состоит из 87 наименований.Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цельнаучных исследований, показана их научная новизна и практическая значимость.В первой главе проводится обзор научной литературы по теме диссертации. Глава состоитиз четырех разделов.Первый раздел обзора посвящен описанию основных типов алмазоподобных структур и их6свойств.
Описывается классификация алмазоподобных углеродных структур на основе тройнойпсевдофазовой диаграммы, предложенной Робертсоном [2]. Также приводится ряд результатоврентгендифракционных исследований алмазоподобных структур, легированных различнымиметаллами.Во втором разделе описаны различные способы получения алмазоподобных структур.Акцент сделан на наиболее востребованных в настоящее время методах, таких как физическое(магнетронное) и химическое (плазменно-ассистированное) газофазное осаждение покрытий.В третьем разделе приводятся и сравниваются между собой полученные разнымиавторами результаты исследования функциональных свойств алмазоподобных покрытий, вчастности, результаты измерения величины коэффициента трения как важнейшейтриботехнической характеристики для упрочняющих покрытий.
На основании такого анализаделается вывод о возможности путем легирования АПП добиться повышения ихфункциональных характеристик. Обсуждаются также вопросы образования в покрытияхвключений карбидов легирующих добавок и их влияния на свойства.В четвертом разделе представлены литературные данные о структуре покрытий на основекарбидов переходных металлов.По итогам проведенного обзора литературы делается вывод о том, что структураалмазоподобных пленок существенно зависит от термодинамики взаимодействия легирующихкомпонент с углеродом и определяется скоростью диффузионных и реакционных процессовпри формировании покрытия.
Также отмечено, что в литературе практически не представленырезультаты исследований зависимости тонкой атомной структуры покрытий от легирующейпримеси и технологии их получения, а также влияния фазового состава на физические свойстваАПП. Подобные исследования могут представить интерес для понимания особенностейтехнологии синтеза упрочняющих покрытий с целью управления их структурой и физическимисвойствами.Во второй главе в восьми разделах приводится описание методики получения иисследования образцов, изучению структуры и свойств которых посвящена диссертационнаяработа. Нанесение углеродных пленок, легированных металлами VI группы (хром, молибден ивольфрам), на стальные подложки (сталь марки ХН35ВТ) проводилось методами магнетронногораспыления (как в реактивных атмосферах различного состава, так и в чистом аргоне) иплазменно-ассистированного химического осаждения (в случае покрытия, легированногомолибденом).
Толщины хромовых и вольфрамовых покрытий составляли порядка 5 мкм, апокрытия, легированного молибденом – порядка 1 мкм. Перечень исследованных образцов иусловия нанесения на них покрытий приведены в табл. 1.Структура и фазовый состав полученных образцов покрытий исследовалась методамирентгеновской дифрактометрии, микрорентгенспектрального анализа и спектроскопиикомбинационного рассеяния.Образцы алмазоподобных покрытий и материал исходных подложек исследовали спомощью рентгеновского дифрактометра Thermo ARL X’TRA с вертикальным гониометром иэнергодисперсионным детектором Пельтье на медном Kα-излучении.Исследовались угловые диапазоны 15-100° (по 2θ) с шагом 0,05° и со временем измерения3 сек.
в каждой точке (для образцов покрытий №№ 6-8 дифрактограммы регистрировались вугловом диапазоне 20-70° по 2θ).7Таблица 1Перечень исследованных образцов и условия их изготовленияДля каждого образцапроводилось 3 съемки с№ЛегируюТехнологияразнойцентрировкойобразщийС2Н2N2воздухГаз нанесенияобразца относительно осиArцаметаллпрекурсоргониометра, затем результа (об.%)ты усреднялись. Это было1+ 100–––сделанодляучета2+8020––возможной неоднородности3+6040––образцовисследованных4+4060––покрытий.РМРCr5+2080––Полученныетаким6+20–80–образомдифрактограммы7+15–85–обрабатывались с помощью8+10–90–компьютерныхпрограмм«Origin-8.5» и «Fityk-0.9»;9РМР*W+ 100–––фазовый состав покрытий10МР*W+0–––определялся с помощьюPACVD+11Мо+0––+программ «MDI Jade 6.5» [3]МР*и «Match! 1.9» [4], в качествеисточника референсных рентгеноструктурных данных использовалась база данных порошковойдифракции PDF-2 Международного центра дифракционных данных (ICDD) [5].При обсуждении особенностей рентгендифракционного изучения покрытий приводитсяописание методики исключения вклада от подложки в рентгеновскую дифракционную картинуисследованных покрытий [6].Также описывается процедура расчета функций радиального распределения (ФРР)атомной плотности с помощью специализированной компьютерной программы PDFgetX3 [7],как способ описания тонкой атомной структуры покрытий.
В заключительных разделахприводится описание методик микромеханических и трибологических испытаний образцовпокрытий.Состав активной атмосферыТретьяглавапосвященаопределениюструктурно-фазовыххарактеристикалмазоподобных покрытий из рентгендифракционных данных.В табл. 2 и 3 приводятся данные о химическом составе исследованных образцовпокрытий, полученные методом рентгеноспектрального микроанализа, которые вдальнейшем использовались при определении фазового состава.РМР – реактивное магнетронное распыление; МР – магнетронное распыление в аргоне, PACVD плазменно-ассистированное химическое осаждение8Таблица 2Результаты исследования химического состава образцов покрытий,легированных хромом№ образцаСодержаниеуглерода, ат.%Содержаниеазота, ат.%Содержаниекислорода, ат.%Содержаниехрома, ат.%12380,4±0,564,3±0,556,1±0,54,3±0,58,7±0,516,4±0,5-15,0±0,226,9±0,227,2±0,2456749,5±0,527,4±0,5-18,0±0,529,3±0,527,6±0,512,4±0,522,1±0,542,5±0,532,1±0,242,8±0,249,9±0,244,8±0,28-16,7±0,538,2±0,546,7±0,2Отсутствие углерода и, как следствие этого, алмазоподобной структуры в покрытиях,нанесенных в содержавшей кислород активной газовой смеси, объясняется взаимодействиемгазообразного кислорода с адсорбированным на поверхность образцов углеродом, что влеклоза собой образование газообразного монооксида углерода (СО), который впоследствииоткачивался вакуумной системой напылительной установки.Таблица 3Результаты исследования химического состава образцов покрытий, легированныхвольфрамом и молибденом№образцаСодержание СодержаниеСодержание Содержание СодержаниеСодержаниеуглерода,кислорода,кремния,молибдена, вольфрама,аргона, ат.%ат.%ат.%ат.%ат.%ат.%975,3±0,52,0±0,50,9±0,5––17,2±0,2101163,6±0,540,4±0,51,8±0,58,1±0,51,4±0,5––35,6±0,2–15,8±0,228,1±0,2–На рис.
1 в качестве примера приводятся исходные дифрактограммы некоторыхисследованных образцов с покрытиями, а также дифрактограмма подложки.Видно, что дифрактограмма от стальной подложки представляет собой набор узких иинтенсивных дифракционных максимумов, типичный для структур поликристаллическихметаллических материалов, подвергшихся отжигу.Максимумы с близкими угловыми положениями, что и на рис. 1 (a), наблюдались и надифрактограммах покрытий, легированных хромом и вольфрамом (рис. 1 (б, в)), посколькуглубина проникновения рентгеновских лучей превышала толщину покрытий иэкспериментальная кривая представляла собой сумму вкладов от подложки и собственнопокрытия. Помимо этого на дифрактограммах также видны широкие диффузные гало, чтосвидетельствует о возможной разупорядоченности структуры покрытий.9а) подложка - сталь марки ХН35ВТб) C2H2 + 60% N2 (Cr)в) 100 % C2H2 (W)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
