Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах
Наночастинки тугоплавких покриттів розмірами меншими 100 нм покращують якість поверхні. Використовуючи електронно-променеву обробку можна отримати багатошарову нанометричну структуру, а також модифікувати поверхню твердосплавних різальних інструментів. Обговорюється можливий механізм осадження TiN н...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63305 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах / В.С. Антонюк, Ю.І. Коваленко, М.О. Бондаренко, І.В. Яценко, В.А. Ващенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 551-554. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63305 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Антонюк, В.С. Коваленко, Ю.І. Бондаренко, М.О. Яценко, І.В. Ващенко, В.А. 2014-05-31T10:09:56Z 2014-05-31T10:09:56Z 2011 Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах / В.С. Антонюк, Ю.І. Коваленко, М.О. Бондаренко, І.В. Яценко, В.А. Ващенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 551-554. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63305 621.9.048.7 Наночастинки тугоплавких покриттів розмірами меншими 100 нм покращують якість поверхні. Використовуючи електронно-променеву обробку можна отримати багатошарову нанометричну структуру, а також модифікувати поверхню твердосплавних різальних інструментів. Обговорюється можливий механізм осадження TiN на підставі мікроскопічних даних по вивченню структури поверхні. Наночастицы тугоплавких покрытий размером менее 100 нм улучшают качество поверхности. Используя электронно-лучевую обработку можно получить многослойную нанометрическую структуру, а также модифицировать поверхность твердосплавных режущих инструментов. Рассмотрен возможный механизм осаждения TiN на основе микроскопических данных по изучению структуры поверхности. Nanoparticles of refractory coverages that have sizes less 100 nanometers improve quality of surface. Using electronic-beam treatment it is possible to get few layers of nanometric structures, and also to modify a surface of hard-alloing cutting instruments. The possible mechanism of besieging TiN on the basis of microscopic data for researching of structure of surface comes into question. uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах |
| spellingShingle |
Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах Антонюк, В.С. Коваленко, Ю.І. Бондаренко, М.О. Яценко, І.В. Ващенко, В.А. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title_short |
Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах |
| title_full |
Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах |
| title_fullStr |
Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах |
| title_full_unstemmed |
Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах |
| title_sort |
формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах |
| author |
Антонюк, В.С. Коваленко, Ю.І. Бондаренко, М.О. Яценко, І.В. Ващенко, В.А. |
| author_facet |
Антонюк, В.С. Коваленко, Ю.І. Бондаренко, М.О. Яценко, І.В. Ващенко, В.А. |
| topic |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
Наночастинки тугоплавких покриттів розмірами меншими 100 нм покращують якість поверхні. Використовуючи електронно-променеву обробку можна отримати багатошарову нанометричну структуру, а також модифікувати поверхню твердосплавних різальних інструментів. Обговорюється можливий механізм осадження TiN на підставі мікроскопічних даних по вивченню структури поверхні.
Наночастицы тугоплавких покрытий размером менее 100 нм улучшают качество поверхности. Используя электронно-лучевую обработку можно получить многослойную нанометрическую структуру, а также модифицировать поверхность твердосплавных режущих инструментов. Рассмотрен возможный механизм осаждения TiN на основе микроскопических данных по изучению структуры поверхности.
Nanoparticles of refractory coverages that have sizes less 100 nanometers improve quality of surface. Using electronic-beam treatment it is possible to get few layers of nanometric structures, and also to modify a surface of hard-alloing cutting instruments. The possible mechanism of besieging TiN on the basis of microscopic data for researching of structure of surface comes into question.
|
| issn |
2223-3938 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63305 |
| citation_txt |
Формування наноструктурних покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах / В.С. Антонюк, Ю.І. Коваленко, М.О. Бондаренко, І.В. Яценко, В.А. Ващенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 551-554. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT antonûkvs formuvannânanostrukturnihpokrittívnítridutitanunatverdosplavnihrízalʹnihínstrumentah AT kovalenkoûí formuvannânanostrukturnihpokrittívnítridutitanunatverdosplavnihrízalʹnihínstrumentah AT bondarenkomo formuvannânanostrukturnihpokrittívnítridutitanunatverdosplavnihrízalʹnihínstrumentah AT âcenkoív formuvannânanostrukturnihpokrittívnítridutitanunatverdosplavnihrízalʹnihínstrumentah AT vaŝenkova formuvannânanostrukturnihpokrittívnítridutitanunatverdosplavnihrízalʹnihínstrumentah |
| first_indexed |
2025-11-25T23:31:52Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:31:52Z |
| _version_ |
1850582791827226624 |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
551
мент – техника и технология его изготовления и применения: Сб.науч.тр. – Вып. 12. – Киев:
ИСМ им. В.Н. Бакуля, НАН Украины, 2009. – С. 258–261.
2. Бибиков Н. Н. Осаждение металлов на токе переменной полярности. – М.: Гос. науч.-техн.
изд-во машиностроит. лит., 1961. – Вып. 10. – 70 с.
3. Полукаров Ю. М., Гринина В. В. Электроосаждение металлов с использованием периодических то-
ков и одиночных импульсов // Итоги науки и техники. Электрохимия. – 1985. – Т. 22. – С. 3–53.
4. Пиявский Р. С. К вопросу выбора параметров асимметричного тока промышленной частоты
для электроосаждения металлов // Защита металлов. – 1975. – Т. 11. – № 3. – С. 388– 391.
5. Кочергин С. М., Леонтьев А. В. Образование текстур при электрокристаллизации металлов. –
М.: Металлургия, 1974. – 184 с.
6. Подборнов И. В., Жихарев А. И., Жихарева И. Г. Модель ориентированного зародышеобразования
при электрокристаллизации металлов // Электрохимия. – 1990. – Т. 26. – Вып. 7. – С. 831–838.
7. Щур Н.А., Донченко М.И. О влиянии магнитного поля на процесс электроосаждения никеля //
Вісн. нац. техн. ун-ту «ХПІ». – 2006. – № 44. – С. 60–66.
Поступила 17.06.11
УДК 621.9.048.7
В. С. Антонюк1, д-р техн. наук, Ю. І. Коваленко2, М. О. Бондаренко2, І. В. Яценко2, кандидати
техн. наук, В. А. Ващенко2, д-р техн. наук
1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»
2Черкаський державний технологічний університет, Україна
ФОРМУВАННЯ НАНОСТРУКТУРНИХ ПОКРИТТІВ НІТРИДУ ТИТАНУ
НА ТВЕРДОСПЛАВНИХ РІЗАЛЬНИХ ІНСТРУМЕНТАХ
Наночастинки тугоплавких покриттів розмірами меншими 100 нм покращують якість поверхні.
Використовуючи електронно-променеву обробку можна отримати багатошарову нанометричну стру-
ктуру, а також модифікувати поверхню твердосплавних різальних інструментів. Обговорюється мож-
ливий механізм осадження TiN на підставі мікроскопічних даних по вивченню структури поверхні.
Ключові слова: електронно-променева обробка, твердосплавний інструмент, покриття, то-
мно-силова мікроскопія.
Твердосплавні різальні інструменти з покриттями, які широкого використовують останнім ча-
сом, отримують із застосуванням технології газофазного осадження і виготовлення покриттів на ос-
нові нітриду титану. Структура отримуваних газофазним осадженням тонких покриттів є важливим
параметром, що визначає експлуатаційні та технологічні показники якості виробів, які підлягають
захисту [1]. Структура поверхні покриття, що утворюється, тісно пов’язана зі структурою і хімічним
складом основи, а також залежить від основних технологічних параметрів процесу осадження (тем-
ператури і тиску парогазової реакційної суміші). Численність додаткових чинників впливу на струк-
туру, що формується, ускладнює можливість отримання заданої зернистості, щільності, шорсткості та
стабільності покриттів.
Дослідження перехідної зони метал – покриття становить особливий інтерес, оскільки за його резуль-
татами можна дійти висновку про характер взаємодії матеріалів основи та покриття. Незважаючи на чис-
ленність методик дослідження міжфазної зони (скануюча електронна мікроскопія, металографія, мікрорент-
геноспектральний аналіз ті ін.), вивчати тонкі шари (товщиною меншою 1,5 мкм) доволі складно [2].
Мета цієї роботи – вивчити механізм утворення покриттів, зокрема з’ясувати фізико-хімічну
природу утворення покриттів на основі нітриду титану, їх формування на твердосплавних матеріалах
ВК8, ВК6, Т15К6 у початковий період часу осадження.
Досліджувані об’єкти отримали за технологією газофазного осадження покриттів на основі ніт-
риду титану (тривалість осадження – 2–20 хв) при відповідному технологічному режимі для твердого
сплаву з подальшою електронно-променевою обробкою.
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
552
Рельєф поверхні, кінетику розвитку шарів покриття досліджували методом скануючої елект-
ронної мікроскопії за допомогою растрового електронного мікроскопу JEOL JSM-6700F (Японія),
шорсткість поверхні після електронно-променевої обробки вимірюється методом атомно-силової
мікроскопії із застосуванням приладу NT-206V.
Досліджувані зразки отримували на установці плазмового осадження «Булат-3М» шляхом оса-
дженням покриття нітриду титану на основу (матеріал основи – твердосплавний матеріал ВК8, ВК6,
Т15К6) при відповідному технологічному режимі (швидкість осадження покриття – 13–40 мкм/год,
тривалість осадження – 2–20 хв, сила струму джерела живлення основи – 8 А, залишковий тиск у
вакуумній камері 1,5·10-3 Па).
Електронно-променеву обробку зразків здійснювали з використанням стрічкової електронної
гармати Пірса на модифікованій вакуумній установці УВН-71 при таких режимах: прискорююча на-
пруга Uпр = 6,5 кВ, сила струму електронного потоку Іпот = 450 мА, швидкість обробки vобр = 1,5 см/с,
залишковий тиск у вакуумній камері – 5,5·10-5 Па.
Експериментальні дослідження
Перехідну зону «метал – покриття» досліджували методом скануючої електронної мікроскопії за
допомогою растрового електронного мікроскопа JEOL JSM-6700F. За результатами експериментальних
досліджень доходили висновку про характер взаємодії матеріалу основи з матеріалом покриття.
Отримані електронно-мікроскопічні знімки сканограм стадій формування тугоплавких газофаз-
них покриттів на основі нітриду титану на твердому сплаві Т15К6 – при осадженні протягом 15 хв
показано представлені на рис. 1, а, топографію поверхні після електронно-променевої обробки на
вакуумній установці УВН-71 протягом 7 с – на рис. 1, б.
5 мкм . 5 мкм .
а б
Рис. 1. Загальний вигляд поверхні твердого сплаву Т15К6 з газофазовим покриттям TiN: а –
після нанесення покриття; б – після електронно-променевої обробки
Результати дослідження методом атомно-силової мікроскопії з використанням приладу NT-
206V отриманих профілів покриття TiN на твердому сплаві (рис. 2) свідчать про високу суцільність
тонкого покриття навіть після його тривалої експлуатації. Так, при обробці сталі 45 (ГОСТ 1050-88)
різцем Т15К6 з покриттям TiN виявили, що стійкість інструменту з покриттям у 1,35–1,5 раза пере-
вищує час надійної експлуатації цього інструменту без покриття за таких самих режимів.
Обговорення результатів дослідження
У результаті досліджень встановили, що на поверхні основи відбувається адсорбція активних
молекул з їх термічним розкладанням і взаємодією активних атомів титана і азоту.
Зародкоутворення TіN на твердих сплавах мовідбувається в такий спосіб. Дефектів може бути
більше в отриманому твердофазним спіканням карбіді вольфраму, через складнішу структуру. Кобаль-
товий прошарок проходить через рідкий стан при спіканні й має менше дефектів у структурі. Таким
чином, зародків TіN на зернах карбіду вольфраму повинно було б бути більше, що зумовлювало б пе-
реважне збільшення покриттів. Проте виявили переважне збільшення покриття на кобальтовій фазі [3].
Це пов’язано з тим, що після утворення молекул TiN відбувається стадія взаємодії цих молекул з реші-
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
553
ткою основи. Цей процес спрямований на зниження вільної поверхневої енергії. Ця умова здійснюва-
тиметься при кристалізації нітриду титану з найменшими спотвореннями в кристалічній решітці.
У результаті каталітичної дії металів основи енергетичне перебування молекул на межі поділу
фаз відрізняється від молекул, що залягають в об’ємі. Нагріта поверхня твердого сплаву WC, WCo
активізує утворення TіN.
Топограма поверхні
в режимі лазерного відхилення
Профілограма вздовж головної діагоналі
по відсканованій поверхні
а
Топограма поверхні
в режимі лазерного відхилення
Профілограма вздовж головної діагоналі
по відсканованій поверхні
б
Рис. 2. Мікрогеометрія поверхні покриття TiN до (а) обробки сталі 45 та після (б)
Висновки
Таким чином, в результаті дослідження встановлено особливості формування наноструктур-
них покриттів нітриду титану на твердосплавних різальних інструментах комбінованим методом еле-
ктронно-променевої обробки, які полягають в адсорбції активних молекул атомів титана і азоту з
матеріалом основи, що зумовлює збільшення покриття на кобальтовій фазі внаслідок взаємодії цих
молекул з кристалічною решіткою основи.
Наночастицы тугоплавких покрытий размером менее 100 нм улучшают качество поверхности.
Используя электронно-лучевую обработку можно получить многослойную нанометрическую структуру,
а также модифицировать поверхность твердосплавных режущих инструментов. Рассмотрен возмож-
ный механизм осаждения TiN на основе микроскопических данных по изучению структуры поверхности.
Ключевые слова: електронно-лучевая обработка, твердосплавный инструмент, покрытие,
атомно-силовая микроскопия.
Nanoparticles of refractory coverages that have sizes less 100 nanometers improve quality of
surface. Using electronic-beam treatment it is possible to get few layers of nanometric structures, and also to
modify a surface of hard-alloing cutting instruments. The possible mechanism of besieging TiN on the basis
of microscopic data for researching of structure of surface comes into question.
Key words: elektron-beam processing, the hard alloy tool, a covering, atomic-powered microscopy.
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
554
Література
1. Тополянский П. А. Исследование адгезионных свойств и механизма образования покры-
тия, наносимого методом финишного плазменного упрочнения. Ч. 2 // Матер. 7-й междунар. практ.
конф.-выставки «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов,
оборудования, инструмента и технологической оснастки», 12–15 апр. 2005 г., Санкт-Петербург.–
СПб.: Изд-во. СПбГПУ, 2005. – С. 316–333.
2. Приклади застосування фізичних методів дослідження структури поверхні / Г. М. Дубровсь-
ка, Г. В. Канашевич, Н. І. Божко та ін.// Сільхет: Шобуж Біпоні, Удоун Офсет Принтерс, 2007. – 248 с.
3. Prognostication the term of exploitation of workings elements of cutters and grinding downer after it
finish pvd with the used of method of atomic force microscopy / M. A. Bondarenko, N. V. Handyuk, A. V.
Batrachenko at al. // Вісн. Черкаськ. держ. технол. ун-ту. Черкаси: Вид-во ЧДТУ, 2009. – С. 111–113.
Надійшла 20.06.11
УДК 621.921:547.639
Е. А. Пащенко, д-р техн. наук, О. В. Лажевская, канд. техн. наук, А. Н. Черненко,
Д. А. Савченко, А. О. Вознюк
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, Украина
МОДЕЛЬ МЕЖФАЗНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В КОМПОЗИТАХ НА ОСНОВЕ
ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА, НАПОЛНЕННОГО ПОРОШКАМИ АМОРФНОГО
ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
В статье рассматривается межфазное взаимодействие в композитах на полимерных свя-
зующих, наполненных порошками аморфного диоксида кремния. Изучено влияние режима термиче-
ской обработки на концентрацию адсорбционно-активных центров на поверхности наполнителя –
порошка аморфного диоксида кремния.
Ключевые слова: полимерный композит, аморфный диоксид кремния, адсорбционно-
активные центры.
Введение
Поведение полимерной составляющей композита в зоне трения (абразивного резания) в значи-
тельной степени определяется характером ее взаимодействия с поверхностью наполнителя. Чаще
всего на границе раздела полимерной составляющей композита и неорганического субстрата –
пористой матрицы или наполнителя – наблюдается адсорбционное взаимодействие, причем вследст-
вие энергетической неоднородности поверхности твердого тела главную роль в этом взаимодействии
играют сорбционно-активные центры различной природы. Для изучения влияния количества и ак-
тивности адсорбционных центров поверхности на структуру полимерной составляющей композиции
в качестве наполнителя были взяты порошки кварцевого стекла, подвергнутые термообработке в раз-
личных условиях.
На поверхности исходного порошка содержатся адсорбционные центры различной природы –
координационно ненасыщенные ионы кремния и деформированные кремнекислородные тетраэдры.
Такие центры можно назвать первичными. При взаимодействии поверхности стекла с органическими
мономерами или олигомерами и другими компонентами связующих возможно образование вторич-
ных центров адсорбции, например, прочно связанных с поверхностью фрагментов молекул отвер-
дителя. Экспериментально подтвержденная корреляция между концентрацией таких вторичных
сорбционно-активных центров на поверхности исходных порошков или пористых матриц и различ-
ными характеристиками полимерной составляющей композитов и системы в целом позволяет пред-
положить, что эти адсорбционные центры позволяют гибко управлять свойствами материалов. Про-
цесс термообработки существенно влияет на концентрацию сорбционно-активных центров поверхно-
сти диоксида кремния. Рассмотрим влияние обжига на состояние поверхности порошка стекла. Ис-
следования проводили методом термодесорбции, причем в качестве тест-молекул использовали мо-
номеры, которые применяли для изготовления композитов, в частности, метилметакрилат.
|