Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів
Подано результати експериментальних досліджень властивостей покриттів на основі Ti, Zr, Cr, Nb, сформованих при різних тисках у вакуумній камері із ерозійної плазми катодів вакуумно-дугових розрядів. Одержано дані зі стійкості покриттів за мікроударів при дії кавітації та взаємозв'язок стійкос...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90770 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів / В.Г. Маринін // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 181-183. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859589788133228544 |
|---|---|
| author | Маринін, В.Г. |
| author_facet | Маринін, В.Г. |
| citation_txt | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів / В.Г. Маринін // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 181-183. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Подано результати експериментальних досліджень властивостей покриттів на основі Ti, Zr, Cr, Nb, сформованих при різних тисках у вакуумній камері із ерозійної плазми катодів вакуумно-дугових розрядів.
Одержано дані зі стійкості покриттів за мікроударів при дії кавітації та взаємозв'язок стійкості із мікротвердістю.
Представлены результаты экспериментальных исследований свойств покрытий на основе Ti, Zr, Cr, Nb,
полученных при различных давлениях в вакуумной камере осаждением из эрозионной плазмы катодов вакуумно-дуговых разрядов. Получены данные по взаимосвязи микротвердости покрытий и их сопротивлению эрозии при воздействии кавитации.
Results of experimental researches of properties of the properties of the coating on base Ti, Zr, Cr, Nb received
at various pressure in the vacuum chamber by sedimentation from erosive plasma of cathodes during a vacuum-arc
discharge are submitted. The data on interrelation of microhardness of coating and their erosive resistance under the
action of cavitation are received.
|
| first_indexed | 2025-11-27T13:54:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 620.178:620.193.19
ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК КАВІТАЦІЙНОЇ СТІЙКОСТІ
ТА МІКРОТВЕРДОСТІ ПОКРИТТІВ
В.Г. Маринін
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут»,
Харків, Україна
Подано результати експериментальних досліджень властивостей покриттів на основі Ti, Zr, Cr, Nb, сфо-
рмованих при різних тисках у вакуумній камері із ерозійної плазми катодів вакуумно-дугових розрядів.
Одержано дані зі стійкості покриттів за мікроударів при дії кавітації та взаємозв'язок стійкості із мікротвер-
дістю.
ВСТУП
Відомо, що при дії кавітації на поверхню твердо-
го тіла в зоні контакту в приповерхневих шарах ви-
никають значні напруження, які викликають руйну-
вання. Величина ерозії залежить від умов дії кавіта-
ції і властивостей матеріалу. Оскільки до цього часу
загальної теорії руйнування не створено, то виникає
необхідність в проведенні досліджень для кожного
варіанту системи кавітаційна зона-матеріал. В даній
роботі подано результати досліджень покриттів, які
одержано переважно із ерозійних потоків із катодів
вакуумно-дугових розрядів при різних тисках реак-
ційного газу у вакуумній камері.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИКА
ЕКСПЕРИМЕНТУ
Кавітаційну зону, в якій розміщували зразки,
створювали за допомогою ультразвукових коливань,
що передавались у воду випромінювачем експонен-
ціального профілю. Амплітуда коливань торцевої
поверхні випромінювача - (30±2) мкм, а частота –
20 кГц. Детальний опис установки подано в роботах
[1,2]. Вагові втрати зразків за рахунок ерозії вимі-
рювали з точністю 0,015 мг. За експериментальними
даними після відповідних обчислень будували кіне-
тичні криві в координатах «глибина руйнування –
час дії кавітації». Визначали середню швидкість
руйнування покриттів, за якою обчислювали їх стій-
кість до дії кавітації. Мікротвердість зразків вимі-
рювали за допомогою приладу ПМТ-3 при наванта-
женні 0,49 та 0,98 Н. Дослідження інших характери-
стик покриттів описано в роботах [3,4]. Покриття
наносили на установці типу «Булат» на попередньо
поліровані підкладки, що виготовлені зі сталей
1Х18Н10Т та Р6М5. Катоди для вакуумного дугово-
го розряду виготовляли із титану марки ВТ1-0, ка-
льцієтермічного цирконію (ТУ 05.20.115-91), хрому
марки ВХ-2К, ніобію. Вакуумну камеру відкачували
паромасляними насосами до залишкового тиску не
більше 8·10-4 Па. Покриття наносили в умовах фор-
мування потоків металевої плазми при вихідному
вакуумі (8…14)·10-4 Па та в умовах їх взаємодії з
реакційним газом. За рахунок подачі газу тиск в ка-
мері збільшували до граничних значень: 2,66; 1,33;
0,66; 0,66 Па при формуванні відповідно покриттів
на основі титану, цирконію, хрому, ніобію. При на-
несенні на підкладку покриттів типу MeNx на неї
подавали постійний негативний потенціал 200 В, а
вакуумні покриття одержували при значеннях нега-
тивних потенціалів, які змінювали від 0 до 200 В.
Сила струму дугового розряду дорівнювала 70 і
135 А для катоду з титану, 130 А – з цирконію та
ніобію, 100 А – з хрому. Температура підкладки при
нанесенні покриттів типу MeNx дорівнювала 770 К,
а при формуванні вакуумних покриттів залежала від
величини негативного потенціалу на підкладці і не
перевищувала 850 К.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ
ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Типові криві, що репрезентують втрати маси зра-
зків в залежності від часу дії кавітації для деяких
покриттів, подано в роботах [2–6] та на рис. 1.
Рис.1. Кінетичні криві ерозії зразків при кавітації.
1 – вакуумно-дугове покриття Nb-N;
2,3 – масивні зразки ТН20, Т15К6;
4,5,7 – електроіскрові покриття
Т15К6, ТН20, КНТ16;
6 - вакуумно-дугове покриття Nb-N
За кінетичними кривими, подібними до наве-
дених обчислено швидкості ерозії зразків, а за
ними – їх стійкості. На рис.2 подано залежності
швидкості ерозії при дії кавітації, а також абрази-
вного зносу та мікротвердості покриттів системи
Nb-N від тиску азоту, при якому вони сформовані.
Для порівняння наведено залежність мікротвердо-
сті Zr-N-покриттів, які одержано при різних тис-
ках реакційного газу – азоту.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (18), с. 181-183. 181
Рис.2. Залежності від тиску азоту у вакуумній
камері: 1 – швидкості руйнування при кавітації (Vk);
2 – при абразивному зносі (Va); 3,4 – мікротвердості
покриттів Nb-N, Zr-N
Видно, що характер залежностей мікротвердості
Nb-N- і Zr-N-покриттів від тиску азоту різний. Але,
як показали дослідження, для Zr-N i Ti-N він одна-
ковий. Різниця, яка спостерігається в ході кривих
(3,4), обумовлена наявністю в системі Nb-N декіль-
кох фаз, які формуються при різних тисках азоту [7].
З урахуванням діаграми стану системи Nb-N
одержані дані для Nb-N-покриттів показують, що
при тискові азоту приблизно до 0,014 Па покриття
однофазні і є твердим розчином в ніобієвій матриці
атомів N і невеликої кількості атомів О, С із залиш-
кової атмосфери та сформованих Nb2N. При цьому,
висока розчинність азоту обумовлює високі значен-
ня мікротвердості, підвищену швидкість руйнуванні
при кавітації і зменшення зносу при дії абразиву. В
інтервалі тиску приблизно від 0,02 до 0,2 Па по-
криття складається переважно із Nb2N. При тискові,
більшому від 0,2 Па, формується γ-фаза (NbNх) при
х > 0,7. Положення границь залежить від технологі-
чних параметрів, при яких нанесено покриття. При-
ведені результати мають місце для зразків, які роз-
міщені по центру вакуумної камери і дещо зміню-
ються при відхиленні від вісі системи, що на при-
кладі нітридів Ті, Zr ілюструє рис. 3.
Рис.3. Залежність стійкості при дії кавітації
покриттів TiN (1), ZrN (2), Ti-Zr-N (3), одержаних
при тискові азоту 0,6 Па і розташованих вздовж
лінії, яка перпендикулярна вісі системи.
Zк=V0 /Vh;Vh,V0 – швидкість руйнування зразка та
еталона (1 мг/год)
Із рис. 3 видно, що для покриття Ті-N максима-
льну стійкість має зразок, розташований на відстані
25 мм від вісі камери і стійкість змінюється із збі-
льшенням цієї відстані. Окрім того, кавітаційна
стійкість покриттів системи Ті-Zr-N вища в 1,15 ра-
зи за стійкість мононітриду ZrN для зразків, що зна-
ходяться на вісі камери і нижча в інших положен-
нях.
Проведені рентгенографічні дослідження пока-
зали, що для зразків покриттів системи Ті-Zr-N ма-
ють місце дифракційні максимуми, які відповідають
структурі нітридів з кристалічною граткою типу
NaCl. Рефлекси (111) і (222) розташовані між відпо-
відними рефлексами від мононітридів ТіN та ZrN.
Аналіз показав, що при тискові 3,5⋅10-2 Па покриття
ZrN має сильну аксіальну текстуру по нормалі до
поверхні підкладки, на якій воно висаджується. При
тих же технологічних параметрах вакуумно-
дугового розряду TiN- та Ti-Zr-N-покриття мають
значно меншу текстурованість. Також встановлено,
що при формуванні Ti-Zr-N-покриття розміри обла-
стей когерентного розсіювання (D) зменшуються
майже в 2 рази порівняно з ОКР у TiN-покриттів і в
1,5 рази порівняно з ZrN. Подібна залежність має
місце і для покриттів, що формуються при тискові
6⋅10-1 Па. Але ці покриття мають розміри ОКР при-
близно в 1,2 рази більші порівняно із розмірами у
покриттів, які одержано при тискові 3,5⋅10-2 Па. Ро-
зміри ОКР для кожного виду покриттів збільшують-
ся при збільшенні тиску азоту, при якому відбува-
ється формування покриттів. Спостерігається взає-
мозв’язок розмірів ОКР і мікротвердості покриттів
для нецентральних зразків (рис. 4).
Рис.4. Взаємозв’язок величини ОКР і мікротвердо-
сті покриттів TiN (1,2); ZrN (3,4); Ti-Zr-N (5,6),
сформованих при тискові азоту 3,5⋅10-2 Па (2,3,5)
та 0,6 Па (1,4,6). Відстань від вісі камери – 50 мм
Із рис. 4 видно, що наявність цирконієвої плазми
при формуванні Ti-Zr-N- покриттів обумовлює зме-
ншення ОКР. Дослідження розмірів кристалографі-
чної гратки показали, що параметр гратки майже
лінійно збільшується у відповідності із законом Ве-
гарда, тобто формується потрійний нітрид із струк-
турою твердого розчину, що показано в таблиці.
182
а, Å Параметри TiN ZrN Ti-Zr-N
Тиск азоту
Р = 3,5⋅10-2 Па 4,260 4,620 4,520
Тиск азоту
Р = 6⋅10-1 Па 4,275 4,610 4,500
Одержані результати підтверджують залежність
структурних характеристик покриттів від парамет-
рів технологічного процесу їх формування. В свою
чергу, структура покриттів визначає, зокрема, їх
механічні характеристики. На рис. 5 подано залеж-
ність стійкостей до руйнування при дії кавітації по-
криттів, одержаних на основі різних металів і в різ-
них умовах конденсації від їх мікротвердості.
Рис.5. Взаємозв'язок стійкості та мікротвердості
покриттів. - Ti; - Cr, CrC, CrN; - TiN;
∆ - NbN; - ZrN; Zh=W0 /Wh;Wh,W0 – швидкість
руйнування зразка та еталона (1 мкм/год)
Із рис. 5 видно, що між Zh i Hμ має місце складна
взаємозалежність, яка в значній мірі і відображає
вплив структури на визначені механічні характерис-
тики. Аналіз даних показує, що ліва частина кривої
описує покриття, які формуються при низькому тис-
кові, і є твердими розчинами атомів втілення. Для
них взаємозв'язок між Zh i Hμ можна представити
співвідношенням . Права частина кривої
описує переважно покриття із нітридів металів, для
яких співвідношення має вигляд , тобто,
при збільшенні мікротвердості кавітаційна стійкість
зменшується досить інтенсивно.
6,2
μaHZh =
5,5−= μbHZh
Таким чином, експериментальні результати по-
казують, що взаємозв'язок між Zh i Hμ можна пред-
ставити у вигляді ступеневої функції, де константа і
показник ступеню визначаються структурою по-
криттів. Максимальне значення Zh досліджені по-
криття мають при мікротвердості близько 10 ГПа.
ЛІТЕРАТУРА
1. В.І. Коваленко, В.Г. Маринін. Обладнання
для дослідження ерозії покриттів при мікроударно-
му діянні // Вопросы атомной науки и техники. Сер.
«Физика радиационных повреждений и радиацион-
ное материаловедение». 1998, №5, с.83– 85.
2. В.Г. Маринін, В.І. Коваленко, Л.І. Мартинен-
ко, Ю.М. Соловіченко. Ерозія вакуумно-дугових
титанових покриттів при дії кавітації: Препринт
ХФТИ 2008-2. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2008, 22с.
3. В.И. Коваленко, В.Г. Маринин. Прочность
поверхностных слоев циркониевых сплавов и ваку-
умно-дуговых покрытий при микроударном воздей-
ствии // Вопросы атомной науки и техники. Серия
«Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники».
2008, №1, с. 77 – 80.
4. В.Г. Маринін. Ерозія вакуумно-дугових TiN
покривів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. 2003, №3.
с. 113 – 116.
5. Т.Г. Дробаченко, В.И. Коваленко, В.Г. Мари-
нин. Стойкость гальванических хромовых покрытий
к кавитационно-коррозионному воздействию / Кон-
струкционные сплавы хрома / Под ред. В.И Трефи-
лова / Киев: «Наукова думка», 1988, 156с.
6. В.И. Коваленко, В.Г. Маринин, В.С. Павлов.
Разрушение хромовых конденсатов при воздействии
кавитации // Там же. С. 52-57.
7. Г.В. Самсонов. Нитриды. Киев: «Наукова
думка», 1969, 380 с.
Статья поступила в редакцию 29.08.2009 г.
ВЗАИМОСВЯЗЬ КАВИТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ И МИКРОТВЕРДОСТИ ПОКРЫТИЙ
В.Г. Маринин
Представлены результаты экспериментальных исследований свойств покрытий на основе Ti, Zr, Cr, Nb,
полученных при различных давлениях в вакуумной камере осаждением из эрозионной плазмы катодов ва-
куумно-дуговых разрядов. Получены данные по взаимосвязи микротвердости покрытий и их сопротивле-
нию эрозии при воздействии кавитации.
INTERRELATION CAVITATION RESISTANCE WITH MICROHARDNESS OF THE COATING
V.G. Marinin
Results of experimental researches of properties of the properties of the coating on base Ti, Zr, Cr, Nb received
at various pressure in the vacuum chamber by sedimentation from erosive plasma of cathodes during a vacuum-arc
discharge are submitted. The data on interrelation of microhardness of coating and their erosive resistance under the
action of cavitation are received.
183
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90770 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-27T13:54:26Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Маринін, В.Г. 2016-01-04T13:04:56Z 2016-01-04T13:04:56Z 2009 Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів / В.Г. Маринін // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 181-183. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90770 620.178:620.193.19 Подано результати експериментальних досліджень властивостей покриттів на основі Ti, Zr, Cr, Nb, сформованих при різних тисках у вакуумній камері із ерозійної плазми катодів вакуумно-дугових розрядів. Одержано дані зі стійкості покриттів за мікроударів при дії кавітації та взаємозв'язок стійкості із мікротвердістю. Представлены результаты экспериментальных исследований свойств покрытий на основе Ti, Zr, Cr, Nb, полученных при различных давлениях в вакуумной камере осаждением из эрозионной плазмы катодов вакуумно-дуговых разрядов. Получены данные по взаимосвязи микротвердости покрытий и их сопротивлению эрозии при воздействии кавитации. Results of experimental researches of properties of the properties of the coating on base Ti, Zr, Cr, Nb received at various pressure in the vacuum chamber by sedimentation from erosive plasma of cathodes during a vacuum-arc discharge are submitted. The data on interrelation of microhardness of coating and their erosive resistance under the action of cavitation are received. uk Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів Взаимосвязь кавитационной стойкости и микротвердости покрытий Interrelation cavitation resistance with microhardness of the coating Article published earlier |
| spellingShingle | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів Маринін, В.Г. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів |
| title_alt | Взаимосвязь кавитационной стойкости и микротвердости покрытий Interrelation cavitation resistance with microhardness of the coating |
| title_full | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів |
| title_fullStr | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів |
| title_full_unstemmed | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів |
| title_short | Взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів |
| title_sort | взаємозв'язок кавітаційної стійкості та мікротвердості покриттів |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90770 |
| work_keys_str_mv | AT marinínvg vzaêmozvâzokkavítacíinoístíikostítamíkrotverdostípokrittív AT marinínvg vzaimosvâzʹkavitacionnoistoikostiimikrotverdostipokrytii AT marinínvg interrelationcavitationresistancewithmicrohardnessofthecoating |