Кавитационная стойкость покрытий TiN
С помощью растровой электронной микроскопии и методом микровзвешивания в работе изучено состояние нанокристаллического покрытия из TiN, после кавитационного воздействия ультразвука большой мощности. Покрытия из TiN толщиной 5 мкм наносились на подложки из стали методом КИБ. Показано, что покрытия хо...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2011
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76173 |
| 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: | Кавитационная стойкость покрытий TiN / А.Д. Погребняк, А.М. Махмуд // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 63–67. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76173 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Погребняк, А.Д. Махмуд, А.М. 2015-02-08T16:31:55Z 2015-02-08T16:31:55Z 2011 Кавитационная стойкость покрытий TiN / А.Д. Погребняк, А.М. Махмуд // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 63–67. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76173 621.715.539.376 С помощью растровой электронной микроскопии и методом микровзвешивания в работе изучено состояние нанокристаллического покрытия из TiN, после кавитационного воздействия ультразвука большой мощности. Покрытия из TiN толщиной 5 мкм наносились на подложки из стали методом КИБ. Показано, что покрытия хорошо защищают подложки от кавитационной эрозии в течение одного часа непрерывного воздействия. За допомогою растрової електронної мікроскопії і методом мікрозважування в роботі вивчено стан нанокристалічного покриття з TiN, після кавітаційного впливу ультразвуку великої потужності. Покриття з TiN товщиною 5 мкм наносилися на підкладки зі сталі методом КІБ. Показано, що покриття добре захищають підкладки від кавітаційної ерозії протягом однієї години безперервного впливу. Using scanning electron microscopy and by microbalance in the study the state of nanocrystalline coatings of TiN, after cavitation effects of ultrasound of high power. Coatings of TiN thickness of 5 microns deposited on steel by the IRB. Shown that the coating protects the substrate from the well of cavitation erosion for at least one hour of continuous exposure. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Кавитационная стойкость покрытий TiN Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Кавитационная стойкость покрытий TiN |
| spellingShingle |
Кавитационная стойкость покрытий TiN Погребняк, А.Д. Махмуд, А.М. |
| title_short |
Кавитационная стойкость покрытий TiN |
| title_full |
Кавитационная стойкость покрытий TiN |
| title_fullStr |
Кавитационная стойкость покрытий TiN |
| title_full_unstemmed |
Кавитационная стойкость покрытий TiN |
| title_sort |
кавитационная стойкость покрытий tin |
| author |
Погребняк, А.Д. Махмуд, А.М. |
| author_facet |
Погребняк, А.Д. Махмуд, А.М. |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физическая инженерия поверхности |
| publisher |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| format |
Article |
| description |
С помощью растровой электронной микроскопии и методом микровзвешивания в работе изучено состояние нанокристаллического покрытия из TiN, после кавитационного воздействия ультразвука большой мощности. Покрытия из TiN толщиной 5 мкм наносились на подложки из стали методом КИБ. Показано, что покрытия хорошо защищают подложки от кавитационной эрозии в течение одного часа непрерывного воздействия.
За допомогою растрової електронної мікроскопії і методом мікрозважування в роботі вивчено стан нанокристалічного покриття з TiN, після кавітаційного впливу ультразвуку великої потужності. Покриття з TiN товщиною 5 мкм наносилися на підкладки зі сталі методом КІБ. Показано, що покриття добре захищають підкладки від кавітаційної ерозії протягом однієї години безперервного впливу.
Using scanning electron microscopy and by microbalance in the study the state of nanocrystalline coatings of TiN, after cavitation effects of ultrasound of high power. Coatings of TiN thickness of 5 microns deposited on steel by the IRB. Shown that the coating protects the substrate from the well of cavitation erosion for at least one hour of continuous exposure.
|
| issn |
1999-8074 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76173 |
| citation_txt |
Кавитационная стойкость покрытий TiN / А.Д. Погребняк, А.М. Махмуд // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 63–67. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pogrebnâkad kavitacionnaâstoikostʹpokrytiitin AT mahmudam kavitacionnaâstoikostʹpokrytiitin |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:29Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:29Z |
| _version_ |
1850569376235782144 |
| fulltext |
63
ВВЕДЕНИЕ
Толщина покрытия составляла 5 мкм. Вели-
чина микротвердости покрытия, определен-
ная с помощью микротвердомера ПМР-3, бы-
ла равна 20 ГПа.
Полученное покрытие помещалось в дис-
тиллированную воду, куда также опускалась
коническая насадка ультразвукового пьезоке-
рамического излучателя прибора УЗДН-А
(рис. 1).
Мощность УЗ-излучения определялась по
формуле: max
изл
k PР
S
∗
= , где, k – коэффициент;
Pmax – максимальная мощность излучателя; S
– площадь излучающей насадки.
Радиационное давление проявляется в эф-
фекте фонтанирования. Так как оно направ-
лено от среды с большим радиационным дав-
лением (с большой плотностью энергии). Об-
разующийся фонтанчик, как и давления, всег-
да направлен в сторону жидкости.
Исследования проводились при разной ин-
тенсивности кавитации (табл. 1): ультразвуко-
вое облучение проводилось при удельной
УДК 621.715.539.376
КАВИТАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ПОКРЫТИЙ TiN
А.Д. Погребняк1, А.М. Махмуд2
1Сумской институт модификации поверхности
Украина
2Сумской государственный университет
Украина
Поступила в редакцию 15.03.2011
С помощью растровой электронной микроскопии и методом микровзвешивания в работе изу-
чено состояние нанокристаллического покрытия из TiN, после кавитационного воздействия
ультразвука большой мощности. Покрытия из TiN толщиной 5 мкм наносились на подложки
из стали методом КИБ. Показано, что покрытия хорошо защищают подложки от кавитационной
эрозии в течение одного часа непрерывного воздействия.
Ключевые слова: нанокристаллическое покрытие, электронная микроскопия, покрытия TiN,
ультразвук.
За допомогою растрової електронної мікроскопії і методом мікрозважування в роботі вивчено
стан нанокристалічного покриття з TiN, після кавітаційного впливу ультразвуку великої потуж-
ності. Покриття з TiN товщиною 5 мкм наносилися на підкладки зі сталі методом КІБ. Показано,
що покриття добре захищають підкладки від кавітаційної ерозії протягом однієї години без-
перервного впливу.
Ключові слова: нанокристалічне покриття, електронна мікроскопія, покриття TiN, ультразвук.
Using scanning electron microscopy and by microbalance in the study the state of nanocrystalline
coatings of TiN, after cavitation effects of ultrasound of high power. Coatings of TiN thickness of
5 microns deposited on steel by the IRB. Shown that the coating protects the substrate from the well
of cavitation erosion for at least one hour of continuous exposure.
Keywords: nanocrystalline coatings, electron microscopy, coatings of TiN, ultrasound.
Рис. 1. Схема установки для ультразвукового воздейст-
вия на образцы с покрытиями: 1 – образец; 2 – УЗ
концентратор с конической насадкой; 3 – фиксирую-
щее устройство; 4 – емкость с водой; 5 – пьезо-
стрикционный излучатель; 5 – УЗ-генератор; 7 – блок
питания.
Погребняк А.Д., Махмуд А.М., 2011
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 164
КАВИТАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ПОКРЫТИЙ TiN
мощности излучения от 36 до 84 Вт/см2. Озву-
чивание проводилось в течение 10 – 60 мин
(рис. 2).
Кавитационная эрозия изучалась методом
растровой электронной микроскопии с по-
мощью электронного микроскопа РЭМ-102
(рис. 3, 4) в режиме вторичных электронов
при ускоряющем напряжении 20 кВ. Кроме
того, после каждого испытания образцы взве-
шивались на микровесах, для сравнения та-
ким же испытаниям подвергались образцы
без покрытий.
Исследуемыми параметрами сопротивле-
ния покрытий кавитации были инкубацион-
ный период повреждения и мгновенный уро-
Таблица 1
Среднее значение величины фонтана
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 k Ризд
0 0 0 1,641 – 4 Кавитация
1 2 3 15 21,3 31,3 39 45 48,3 51,6 0,5 42,25 Кавитация
30 38,3 41,1 56,5 66 72,1 80 85 90,6 95 0,6 50,66
60 67,5 75 83 91,5 96 102 110 118 129 0,7 59,17
70 77 88 90 101 107 116 121 130 140 0,8 67,58
78 84 93 102 111 117 123 130 136 145 0,9 769
75 85 98 106 113 117 123 132 140 152 1 84,410
Рис. 2. Диаграммы зависимости высоты фонтана от мощности ультразвука.
65
вень эрозии после УЗ воздействия заданной
продолжительности (рис. 5).
Было установлено, что нанокристалличес-
кое покрытие из TiN, нанесенное на нержаве-
ющую сталь, вызывает продление инкубаци-
онного периода по сравнению со сталью без
покрытия (см. табл. 2), однако показатели
мгновенного уровня эрозии близки друг к
другу.
Но после инкубационного периода на
образце с покрытием наблюдалось разруше-
ние или локальное отслоение покрытия (эро-
зия была больше).
Рис. 3. Общий вид растрового электронного микрос-
копа РЭМ-100. 1 – пульт управления вакуумной среды;
2 – вакуумметр; 3 – колонна микроскопа; 4 – видео-
контрольное устройство; 5 – детектор с видеоусили-
телем.
Рис. 4. Функциональная схема растрового электронно-
го микроскопа: 1 – изолятор электронной пушки; 2 –
накаливаемый V – образный катод; 3 – фокусирующий
электрод; 4 – анод; 5 – блок двух конденсорных линз;
6 – диафрагма; 7 – двухярусная отклоняющая система;
8 – объектив; 9 – диафрагма; 10 – объект; 11 – детек-
тор вторичных электронов; 12 – кристаллический
спектрометр; 13 – пропорциональный счетчик; 14 –
предварительный усилитель; 15 – блок усиления; 16
и 17 – аппаратура для регистрации рентгеновского из-
лучения; 18 – блок усиления; 19 – блок регулировки
увеличения; 20 и 21 – блок горизонтальной и верти-
кальной разверток; 22 и 23 – электронно-лучевые
трубки.
Рис. 5. Виды излучений, возникающие при взаимо-
действии электронов зонда с биологическим объек-
том: 1 – электронный зонд; 2 – вторичные электроны;
3 – упругорассеянные электроны; 4 – электроны, про-
шедшие через объект; 5 – катодолюминесценция; 6 –
рентгеновское излучение.
Таблица 2
Значение величины мощности при разной
интенсивности
I,
отн.ед.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P,
Вт/см2
0,41 0,82 1,23 1,64 42,2 50,6 59,1 67,5 76,0 84,4
Рис. 6. График зависимости мощности от синхрониза-
ции.
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1
А.Д. ПОГРЕБНЯК, А.М. МАХМУД
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 166
КАВИТАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ПОКРЫТИЙ TiN
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 7 приведены данные по изменению
массы образцов из стали 30 и нержавеющей
стали 9ХС без покрытия и с покрытиями из
нитрида титана после воздействия ультра-
звуком мощность 76 Вт/см2 в течение 20 –
60 мин. Было установлено, что подложки без
покрытия через 20 минут УЗ воздействия на
стали 30 и нержавеющей стали 9ХС произо-
шло изменение массы образцов, а стали 30 +
TiN и нержавеющей стали 9ХС + TiN – не
изменилась. На графике видно, что измене-
ние больше у стали 30 чем нержавеющей
стали 9ХС.
Если увеличить время воздействия (до 60
минут) УЗ излучения на образцы с покрыти-
ями из нитрида титана, произойдет измене-
ние массы, большее изменение имеет сталь
30, чем сталь 9ХС. Результаты изменения
массы образцов приведены в табл. 3.
Анализ полученных результатов показал,
что основными факторами, отвечающими за
увеличение инкубационного периода систем
с металлической основой и твердым нано-
кристаллическим покрытием, являются вы-
сокая твердость материала основы и высокий
уровень адгезии покрытия.
Результаты растровой электронной микро-
скопии представлены на рис. 8 – 10.
Рис. 7. Нарезные образцы.
Таблица 3
Характеристики стали при воздействии УЗ
№ Материал
образца
Время воздейст-
вия УЗ, мин
∆m, мг/см2
1 Сталь 30 20 5,95
2 Сталь 9XC 20 1,31
3 20 0
4 60 1
Сталь 9XC+TiN
4
4 60 0,25
Сталь 30+TiN 20 0
Рис. 8. Вид поверхности покрытием TiN после УЗ об-
работки в течение 50 минут – а) и 60 минут – б) при
мощности 76 ВТ/см2 при увеличении 1000Х Кавита-
ционное разрушение подложек.
а)
б)
а)
б)
Риc. 9. Вид поверхности стали 30 после непрерывной
УЗ обработки в течение 20 минут – а), при увеличении
3090Х) и 50 минут – б), при увеличении 2220Х при
мощности 76 Вт/см2.
67
ВЫВОДЫ
Изучено влияния УЗ кавитации на образцы
из стали 30 и нержавеющей стали 9ХС без
покрытия и с покрытием из нанокристалли-
ческого TiN.
Определены параметры УЗ поля, варьи-
руемым параметром в экспериментах
выбрано время воздействия на образцы.
Методом микровзвешивания показано, что
нанокристаллические покрытия из TiN эф-
фективно защищают подложки при режимах
УЗ воздействия, близким к максимальным.
С помощью растровой электронной мик-
роскопии показано, стальные подложки под-
вержены вязкому кавитационному разруше-
нию по всей площади воздействия, тогда как
покрытия из TiN имеют латентный период
сопротивления кавитации, после которого
происходит локальное повреждение лощадях
образца.
Полученные экспериментальные резуль-
таты хорошо согласуются с литературными
данными.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вероман В,Ю,, Аренков А.Б. Ультразвуковая
обработка материалов. – Ленинград, 1971. –
144 с.
2. Карупу В.Я. Электронная микроскопия. – Л.:
Вища школа, 1984. – 208 с.
3. Кульментьева О.П. Методические указания к
лабораторной работе “Изучение конструкции
ультразвукового диспергатора УЗДН-А” по
дисциплине “УЗ и ВЧ технологии и оборудо-
вание” для студентов специальности 7.090802
дневной формы обучения – Сумы: СумГУ. –
2002. – 20 с.
LITERATURA
1. Veroman V,Yu,, Arenkov A.B. Ultrazvukovaya
obrabotka materialov. – Leningrad, 1971. –
144 s.
2. Karupu V.Ya. Elektronnaya mikroskopiya. – L.:
Vishcha shkola, 1984. – 208 s.
3. Kulmentyeva O.P. Metodicheskiye ukazaniya k
laboratornoy rabote “Izucheniye konstruktsii
ultrazvukovogo dispergatora UZDN-A” po
distsipline “UZ i VCh tekhnologii i oboru-
dovaniye” dlya studentov spetsialnosti 7.090802
dnevnoy formy obucheniya – Sumy: SumGU. –
2002. – 20 s.
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1
Рис. 10. Вид поверхности стали 30 после непрерывной
УЗ обработки в течение 20 минут при мощности 76
Вт/см2 при увеличении 2220Х.
А.Д. ПОГРЕБНЯК, А.М. МАХМУД
|