Диссертация (1103281), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Использование в качествекарбидообразующих переходных металлов хрома, вольфрама и молибденапри легировании алмазоподобных покрытий должно способствовать высокимпротивоизносным и антифрикционным свойствам, как это было отмечено,например, в [9] для алмазоподобных покрытий, допированных хромом.Необходимо отметить, что свойства покрытий также существеннозависят и от способа их получения: свойств и чистоты исходныхкомпонентов, вакуумных условий, энергии частиц, температуры, временинапыленияит.д.Методреактивногомагнетронногораспыления,использующий в качестве активной атмосферы углеводороды в газообразномсостоянии и смеси на их основе, и метод плазмохимического осаждения, сиспользованием кремнийорганических прекурсоров, являются в настоящеевремяперспективнымисточкизренияалмазоподобных покрытий [5-6,8]. 7полученияизносостойкихЛегирующие добавки также могут существенно влиять на свойства ифункциональные характеристики алмазоподобных покрытий. Однако вопросо характере влияния их фазового состава, микроструктуры на механические итриботехнические свойства алмазоподобных покрытий остается, в целом, всееще открытым.
Действительно, в настоящее время в литературе представленосравнительномалоданныхотонкойструктурепокрытийсвышеперечисленными добавками, тогда, как известно, что в большинствеслучаев именно структурно-фазовые характеристики определяют основныесвойства таких сложных наностуктурированных либо аморфизированныхалмазоподобных покрытий.Целью диссертационной работы явилось установление характеравлияния атомнокристаллической структуры и особенностей фазового составана физические свойства (трибологические и механические характеристики)алмазоподобных углеродных покрытий, легированных металлами VI группы.Для достижения поставленной цели в работе были решены следующиезадачи:1) с целью установления особенностей структуры и фазового состава:а) алмазоподобных покрытий, синтезированных методом магнетронногореактивного распыления хрома в различных активных газовых смесях наоснове ацетилена и азота/воздуха;б) алмазоподобных покрытий, легированных вольфрамом, полученных спомощью катодного распыления составной мишени (графит + вольфрам) ватмосфере чистого ацетилена и чистого аргона;в) алмазоподобных покрытий, допированных кремнием и молибденом,полученныхпутем плазмохимическогоосажденияиз паровойфазыкремнийорганического прекурсорабылипроведеныдифрактометрия,ихкомплексные(рентгеновскаяанализ,спектроскопиямикрорентгеноспектральныйкомбинационного рассеяния). исследования82)Проанализированы особенности состояния (на наноуровне)исследованных покрытий, полученные из данных рентгендифракционногоэксперимента с помощью метода функций радиального распределенияатомной плотности.3)Установленасвязьструктурыифазовогосоставаалмазоподобных углеродных покрытий с методами их нанесения, типомлегирующихдобавокиихтрибологическимиимеханическимихарактеристиками.Научная новизна работыВ работе впервые показано, что:1.нанокомпозитнаяструктураалмазоподобныхпокрытий,легированных хромом, в фазовый состав которых входят ультрадисперсныевключения фазы металлического хрома, его фазы внедрения и матрица наоснове аморфного гидрогенизированного углерода, приводит к высокимтрибологическимимеханическимсвойствамтакихалмазоподобныхпокрытий;2.амплитуда осцилляций функции радиального распределения внаноструктурированных покрытиях, легированных хромом, значительноуменьшается на межатомных расстояниях 10÷15 нм, что сопоставимо сразмерами экспериментально наблюдаемых в них областей когерентногорассеяния включений металлического хрома, тогда как в рентгеноаморфныхпокрытиях a-C:Н:W и a-C:H:Mо:Si корреляционный радиус не превышает1 нм;3.рентгеноаморфная структура, в которой отсутствуют сколько-нибудь протяженные области с дальним порядком, ответственна за низкиетрибологических характеристик покрытий a-C:Н:W и a-C:H:Mо:Si;4.формирование наноразмерных выделений нитридных фаз хромапроисходит по мере увеличения доли азота в составе активной атмосферыпри напылениипокрытийa-C:Н:Cr,9чтоспособствуетповышениютрибологических и механических характеристик таких алмазоподобныхпокрытий;5.легирование хромсодержащих покрытий a-C:Н:Cr кислородомпутем замены азота на воздух при их изготовлении, которое проводилось сцелью получить покрытия с высоким содержанием наноразмерных оксидныхфаз хрома, не позволило сформировать в них алмазоподобную структуру засчет их обезуглероживания.Научно-практическая значимость работыПолученные в диссертационной работе результаты являются основойдля дальнейших исследований механизма влияния легирующих добавок,особенностей методов и условий напыления алмазоподобных углеродныхпокрытий на их структурно-фазовые и функциональные характеристики.Проведенныерентгендифракционныеисследованияструктурно-фазового состояния АПП показали, что использование при магнетронномнапылении газовой смеси, содержащей азот, приводит к образованию фазнитридов хрома, что позволяет создавать алмазоподобные покрытия сдостаточно низкими значениями коэффициента трения и повышеннойработоспособностью.
Данная технология представляет значительный интересс точки зрения её практического использования.Отдельные части данной диссертационной работы используются причтениилекций«Дифракционныемагистрантам,иобучающимсяядерно-резонансныепонаправлениюметодыисследованияконденсированных сред» на кафедре физики твердого тела физическогофакультета МГУ им. М.В. Ломоносова.Часть диссертационной работы выполнена при поддержке РФФИ(проекты №№ 11-08-00802, 15-08-05264), Программы ОЭММПУ РАН«Многоуровневоеисследованиесвойствиповеденияперспективныхматериалов для современных узлов трения» (проект № 12), НИР«Исследования местныхиобъемных10деформацийиразрушенияконструкционных металлических и композиционных материалов и покрытийпри статическом, длительном статическом, циклическом и контактномнагружениях в зависимости от структурного состояния материала иповерхности» (ГР № 01201355401) (в рамках п.
№ 28 Программы ФНИ ГАНна 2013-2020 гг.) и НИР «Структурная эволюция самоорганизующихсятвердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)» (ГР № 01200108657).Положения, выносимые на защиту1.Условия формирования гетерофазной структуры покрытийаморфного гидрогенизированного углерода а-С:Н:Cr, полученных методомреактивного магнетронного распыления в смесях ацетилен-азот, состоящейиз наноструктурированных областей металлической фазы и наноразмерныхвыделений фаз карбидов и нитрида хрома.2.Способы управления структурно-фазовыми характеристикамиа-С:H:Сr покрытий путем изменения состава активной атмосферы прииспользовании метода реактивного магнетронного распыления.3.Причины деградации трибологических характеристик покрытийа-С:H:W и а-С:H:Si-Mo за счет формирования в них рентгеноаморфнойструктуры.4.Выявление покрытий, обладающих оптимальным сочетаниемфункциональных характеристик.Апробация результатов исследования осуществлена в публикациях,докладах и выступлениях на следующих конференциях:II, III и IV Международные научные конференции «Фундаментальныеисследования и инновационные технологии в машиностроении", Москва,2012, 2014, 2015 гг.; V Международная конференция «Деформация иразрушениематериаловинаноматериалов»,Москва,2013г.;Международный симпозиум «Физика кристаллов – 2013», Москва, 2013 г.;VI Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машиндля регионов холодного климата, Якутск, 2013 г.; XI и XII Международныеконференции «Пленки и покрытия», Санкт-Петербург, 2013, 2015 гг.; V 11Международная конференции с элементами научной школы для молодежи«Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества», Суздаль, 2014г.; Научная конференция «Ломоносовские чтения», МГУ им.
М.В.Ломоносова,2014–2016гг.;XIIМеждународнаяконференцияпонаноструктурированным материалам «NANO 2014», Москва, 2014 г., IIIМеждународнаяконференция«Живучестьиконструкционноематериаловедение», Москва, 2014 г.; IV Российско-Японский научнотехнический семинар «Современные методы исследования структурыматериалов и их применение в материаловедении», Москва, 2014г.; X и XIНаучно-технические конференции с международным участием «Проблемымашиностроения: Трибология – машиностроению», Москва, 2014, 2016 гг.;VI Международная конференция «Кристаллофизика и деформационноеповедение перспективных материалов», Москва, 2015 г.; II Всероссийскаямолодежная научно-техническая конференция с международным участием«Инновации в машиностроении», Москва, 2015 г.; VIII Международнаяконференциясопутствующих«Микромеханизмыявлений»пластичности,(MPFP-2016),Тамбов,разрушения2016г.;иXVIIМеждународная молодежная конференция «Гагаринские чтения», Москва,2016 г.; XXIII Всероссийская научная конференция «Вакуумная техника итехнология», Санкт-Петербург, 2016 г., VI Всероссийская конференция понаноматериалам «НАНО-2016», Москва, 2016 г.ПубликацииРезультатыдиссертационнойработыосвещеныв10статьях,опубликованных в рецензируемых научных изданиях, индексируемых вбазах данных WOS, SCOPUS, RSCI (РИНЦ), из них 6 статей в реферируемыхжурналах, рекомендованных ВАК, а также в тезисах к 21 докладу нароссийских и международных конференциях.Достоверность результатов диссертации обеспечивалась использованиемпрецизионных методов рентгеноструктурного анализа, современных методов 12измерения функциональных характеристик алмазоподобных покрытий, атакжеметодами обработки экспериментальных данных и многократновоспроизводимыми экспериментальными результатами, согласующимимся слитературными данными.Личный вклад автора: все изложенные в диссертационной работеоригинальные результаты получены либо автором лично, либо при егонепосредственном участии.
Подготовка публикаций проводилась совместнос соавторами.Структура работыДиссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключенияи списка использованной литературы. Работа насчитывает 148 страниц,включает в себя 63 рисунка и 13 таблиц. Список использованной литературысостоит из 87 наименований.Во введении обоснована актуальность диссертационной работы,сформулирована цель научных исследований, показана их научная новизна ипрактическая значимость.В первой главе проводится обзор научной литературы по темедиссертации.Во второй главе описываются аппаратура и технологии, с помощьюкоторых были получены исследуемые образца покрытий, а также методикикомплексногоисследованияихструктурно-фазовогосостоянияифункциональных трибологических и механических характеристик.Третья и четвертая главы диссертационной работы посвященыизложению и обсуждению экспериментальных результатов.В заключении подведены итоги работы, представлены основныерезультаты и выводы. 13ГЛАВА IЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР§ I.1.