Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме
Приведены результаты исследований состава, структуры, адгезии, микротвердости и влагостойкости твердых покрытий на основе карбида бора, полученных путем электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме на поверхности образцов из сплава Ti—6 % Al—4 % V в зависимости от технологических условий ос...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96566 |
| 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: | Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме / К.Ю. Яковчук, Ю.Э. Рудой, А.В. Микитчик, Е.В. Оноприенко, А.О. Ахтырский, С.М. Романенко // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 3 (108). — С. 15-19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96566 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Яковчук, К.Ю. Рудой, Ю.Э. Микитчик, А.В. Оноприенко, Е.В. Ахтырский, А.О. Романенко, С.М. 2016-03-18T13:02:41Z 2016-03-18T13:02:41Z 2012 Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме / К.Ю. Яковчук, Ю.Э. Рудой, А.В. Микитчик, Е.В. Оноприенко, А.О. Ахтырский, С.М. Романенко // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 3 (108). — С. 15-19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96566 669.187.526.001.5 Приведены результаты исследований состава, структуры, адгезии, микротвердости и влагостойкости твердых покрытий на основе карбида бора, полученных путем электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме на поверхности образцов из сплава Ti—6 % Al—4 % V в зависимости от технологических условий осаждения (скорости вращения образцов, ионной обработки и температуры подложки). Given are the results of investigations of composition, structure, adhesion, microhardness and moisture resistance of hard coatings on boron carbide base, produced by electron beam evaporation and condensation in vacuum on the surface of specimens of Ti—6 % Al—4 % V alloy depending on technological conditions of deposition (speed of specimens rotation, ion treatment and substrate temperature). ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме Effect of condensation conditions on structure and properties of hard coatings on B₄S base, produced by electron beam evaporation in vacuum Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме |
| spellingShingle |
Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме Яковчук, К.Ю. Рудой, Ю.Э. Микитчик, А.В. Оноприенко, Е.В. Ахтырский, А.О. Романенко, С.М. Электронно-лучевые процессы |
| title_short |
Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме |
| title_full |
Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме |
| title_fullStr |
Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме |
| title_full_unstemmed |
Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме |
| title_sort |
влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе b₄c, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме |
| author |
Яковчук, К.Ю. Рудой, Ю.Э. Микитчик, А.В. Оноприенко, Е.В. Ахтырский, А.О. Романенко, С.М. |
| author_facet |
Яковчук, К.Ю. Рудой, Ю.Э. Микитчик, А.В. Оноприенко, Е.В. Ахтырский, А.О. Романенко, С.М. |
| topic |
Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet |
Электронно-лучевые процессы |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Effect of condensation conditions on structure and properties of hard coatings on B₄S base, produced by electron beam evaporation in vacuum |
| description |
Приведены результаты исследований состава, структуры, адгезии, микротвердости и влагостойкости твердых покрытий на основе карбида бора, полученных путем электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме на поверхности образцов из сплава Ti—6 % Al—4 % V в зависимости от технологических условий осаждения (скорости вращения образцов, ионной обработки и температуры подложки).
Given are the results of investigations of composition, structure, adhesion, microhardness and moisture resistance of hard coatings on boron carbide base, produced by electron beam evaporation and condensation in vacuum on the surface of specimens of Ti—6 % Al—4 % V alloy depending on technological conditions of deposition (speed of specimens rotation, ion treatment and substrate temperature).
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96566 |
| citation_txt |
Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B₄C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме / К.Ю. Яковчук, Ю.Э. Рудой, А.В. Микитчик, Е.В. Оноприенко, А.О. Ахтырский, С.М. Романенко // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 3 (108). — С. 15-19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT âkovčukkû vliânieusloviikondensaciinastrukturuisvoistvatverdyhpokrytiinaosnoveb4cpolučennyhélektronnolučevymispareniemvvakuume AT rudoiûé vliânieusloviikondensaciinastrukturuisvoistvatverdyhpokrytiinaosnoveb4cpolučennyhélektronnolučevymispareniemvvakuume AT mikitčikav vliânieusloviikondensaciinastrukturuisvoistvatverdyhpokrytiinaosnoveb4cpolučennyhélektronnolučevymispareniemvvakuume AT onoprienkoev vliânieusloviikondensaciinastrukturuisvoistvatverdyhpokrytiinaosnoveb4cpolučennyhélektronnolučevymispareniemvvakuume AT ahtyrskiiao vliânieusloviikondensaciinastrukturuisvoistvatverdyhpokrytiinaosnoveb4cpolučennyhélektronnolučevymispareniemvvakuume AT romanenkosm vliânieusloviikondensaciinastrukturuisvoistvatverdyhpokrytiinaosnoveb4cpolučennyhélektronnolučevymispareniemvvakuume AT âkovčukkû effectofcondensationconditionsonstructureandpropertiesofhardcoatingsonb4sbaseproducedbyelectronbeamevaporationinvacuum AT rudoiûé effectofcondensationconditionsonstructureandpropertiesofhardcoatingsonb4sbaseproducedbyelectronbeamevaporationinvacuum AT mikitčikav effectofcondensationconditionsonstructureandpropertiesofhardcoatingsonb4sbaseproducedbyelectronbeamevaporationinvacuum AT onoprienkoev effectofcondensationconditionsonstructureandpropertiesofhardcoatingsonb4sbaseproducedbyelectronbeamevaporationinvacuum AT ahtyrskiiao effectofcondensationconditionsonstructureandpropertiesofhardcoatingsonb4sbaseproducedbyelectronbeamevaporationinvacuum AT romanenkosm effectofcondensationconditionsonstructureandpropertiesofhardcoatingsonb4sbaseproducedbyelectronbeamevaporationinvacuum |
| first_indexed |
2025-11-24T11:37:37Z |
| last_indexed |
2025-11-24T11:37:37Z |
| _version_ |
1850845526949363712 |
| fulltext |
УДК 669.187.526.001.5
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КОНДЕНСАЦИИ
НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ПОКРЫТИЙ
НА ОСНОВЕ B4C, ПОЛУЧЕННЫХ
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ ИСПАРЕНИЕМ В ВАКУУМЕ
К. Ю. Яковчук, Ю. Э. Рудой, А. В. Микитчик,
Е. В. Оноприенко, А. О. Ахтырский, С. М. Романенко
Приведены результаты исследований состава, структуры, адгезии, микротвердости и влагостойкости твердых пок-
рытий на основе карбида бора, полученных путем электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме на
поверхности образцов из сплава Ti—6 % Al—4 % V в зависимости от технологических условий осаждения (скорости
вращения образцов, ионной обработки и температуры подложки).
Given are the results of investigations of composition, structure, adhesion, microhardness and moisture resistance of
hard coatings on boron carbide base, produced by electron beam evaporation and condensation in vacuum on the surface
of specimens of Ti—6 % Al—4 % V alloy depending on technological conditions of deposition (speed of specimens
rotation, ion treatment and substrate temperature).
Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевое испарение и
конденсация в вакууме; вакуумная камера; подложка; ионная
обработка; температура
Твердые материалы на основе карбида бора, полу-
чаемые способом электронно-лучевого испарения и
конденсации в вакууме, могут быть использованы
как эрозионно- и износостойкие покрытия [1—3].
Перспективность применения карбида бора в качес-
тве, например эрозионностойкого покрытия на ком-
прессорных лопатках газотурбинных двигателей,
обусловлена высокой твердостью (до 25 ГПа),
низкими значениями удельного веса и жаростой-
кости, а также химической инертностью этого ма-
териала. С целью оптимизации основных техноло-
гических параметров процесса осаждения исследо-
вано влияние условий конденсации покрытий на
основе B4C на их структуру и свойства.
Материалы и методика эксперимента. Покрытия
на основе карбида бора толщиной 25…30 мкм на
образцах из сплава Ti—6 % Al—4 % V получали пря-
мым электронно-лучевым испарением в вакууме
таблеток из прессованного карбида бора диаметром
48 мм и массой 70…90 г. Непосредственно перед
началом осаждения слоя на основе карбида бора на
поверхность образцов наносили адгезионный свя-
зующий слой меди или титана толщиной 5…8 мкм
путем испарения соответствующего слитка из мед-
ного водоохлаждаемого тигля диаметром 50 мм.
В процессе нагрева образцов в вакуумной камере
до температуры осаждения (≤ 500 °С) их поверх-
ность очищали путем обработки ионами аргона с
энергией примерно 2…3 кэВ. Плотность ионного
потока, генерируемая в установленном внутри ваку-
умной камеры на расстоянии 200 мм от подложки
газомагнетронным ионным источником, достигала
приблизительно 1 мА/см2, при этом скорость трав-
ления поверхности образцов составляла примерно
10 нм/мин.
Покрытия наносили на образцы, закрепленные
в оснастке в стационарном положении (неподвижно
расположенной над испаряемой таблеткой карбида
бора), или на образцы в оснастке, которая враща-
лась в процессе осаждения покрытия.
Адгезию покрытия с подложкой оценивали при
испытаниях образцов с покрытиями на изгиб с ис-
пользованием трехточечной схемы нагружения. Об-
разец размером 22,0 6,0 2,4 мм с нанесенным на
одну из его поверхностей покрытием на основе кар-
бида бора устанавливали на стальные опоры изгиб-
ной машины. Расстояние между осями опор (база)
составляло 12 мм. Сверху к непокрытой поверхнос-
ти образца подводили нож, посредством которого
к образцу прикладывали нарастающее усилие. Ско-
рость перемещения ножа изгибной машины состав-
ляла 1 мм/мин. Специальная оптическая система
позволяет непрерывно в течение всего цикла нагру-
жения образца наблюдать за состоянием покрытия,
© К. Ю. ЯКОВЧУК, Ю. Э. РУДОЙ, А. В. МИКИТЧИК, Е. В. ОНОПРИЕНКО, А. О. АХТЫРСКИЙ,
С. М. РОМАНЕНКО, 2012
15
нанесенного на противоположную сторону образца.
Качественным критерием уровня адгезии принят
минимальный угол загиба, при котором на поверх-
ности появляются первые признаки разрушения и
отслоения покрытия.
Структуру покрытий изучали на сканирующем
электронном микроскопе CamScan 4D. Состав
осажденных слоев определяли с помощью энерго-
дисперсионного анализатора INCA 200. Микротвер-
дость внешнего керамического слоя измеряли на оп-
тическом микроскопе Polyvar Met с приставкой-мик-
ротвердомером Duromat 4000Е с фиксированными ско-
ростью нагружения и временем выдержки при нагрузке.
Тонкую структуру поперечного сечения иссле-
довали методом просвечивающей электронной мик-
роскопии на ПЭМ «Hitachi H-800» при ускоряю-
щем напряжении 200 кВ. Подготовку образцов осу-
ществляли по стандартной методике с использова-
нием приборов «Polyfinn» (Англия), «Gatan-656
PIPS» (США), «Microslice-4» Англия, «Ion Tech»
(Англия). Кинетику окисления материалов иссле-
довали в воздушной атмосфере на термогравимет-
рическом анализаторе «Perkin Elmer» TGA-7 с вы-
сокой чувствительностью (до 0,1 мкг) и скоростью
нагрева/охлаждения 10 °С/мин.
Результаты экспериментов. В таблице, а также на
рис. 1, приведены результаты исследований мик-
ротвердости, адгезии и химического состава покры-
тия на основе карбида бора в зависимости от ско-
рости вращения образцов в паровом потоке при тем-
пературе подложки Ts = 500 °С.
Как показали результаты дюрометрических ис-
следований, наивысшее значение микротвердости
имеет покрытие на основе карбида бора, полученное
осаждением в стационарных условиях. При вра-
щении образцов в паровом потоке микротвердость
осажденного слоя снижалась примерно на 40 %, при
этом увеличение количества оборотов оснастки с
образцами от 5 до 30 об/мин практически не ока-
зывало влияния на микротвердость конденсируемо-
го слоя.
С точки зрения адгезии покрытия более пред-
почтительным является осаждение слоя на основе
карбида бора на связующий подслой из меди, при
этом наиболее низкий уровень адгезии отмечен в
покрытиях, осажденных в стационарных условиях,
а максимальный – достигнут при скорости враще-
ния оснастки 25…30 об/мин.
На рис. 2 дан пример распределения основ-
ных химических элементов в покрытии на сплаве
Ti—6 % Al—4 % V. Наряду с относительно равномер-
ным распределением таких элементов, как бор и
углерод, обнаружено присутствие кислорода в слое
Влияние технологических параметров при нанесении покрытия на скорость конденсации, микротвердость, адгезию
и химический состав слоя на основе карбида бора
Скорость вращения
оснастки с образцами,
об/мин
Скорость конден-
сации слоя B4C,
мкм/мин
Массовая доля
кислорода в слое
B4C, %
Микротвердость
слоя B4C, ГПа
Угол загиба образца до начала скола
покрытия на подслое, град
из титана из меди
0 1,80 2,0 22,1 9 22
5 1,00 10,0 15,2 11 28
15 0,90 9,0 14,5 15 33
25 0,85 6,0 14,3 28 37
30 0,90 6,0 14,1 30 38
30 (при 500 °С с
ионной обработкой)
0,85 5,0 17,3 — 38
30 (при 800 °С) 0,90 4,6 19,3 — 40
Рис.1. Зависимость микротвердости слоя (1) на основе B4C и
содержания в нем кислорода (2) от количества оборотов подложки
w в процессе конденсации при температуре подложки 500 °С
Рис. 2. Распределение основных химических элементов по тол-
щине покрытия δ на основе B4C со связующим слоем титана на
сплаве Ti—6 % Al—4 % V (осаждение в стационарных условиях)
16
на основе карбида бора (постоянное по всей толщи-
не слоя), при этом на границе контакта с подложкой
содержание кислорода было в 2…3 раза выше, чем
в твердом слое. Наиболее низкий уровень
концентрации кислорода (не более 2 %)
отмечен в покрытиях, полученных в ста-
ционарных условиях. При осаждении
покрытия на образцы во вращающейся ос-
настке уровень кислорода в покрытии уве-
личивался до 10 % (при 5 об/мин), а затем
снижался до 6 % (при 25…30 об/мин).
Вероятной причиной присутствия кисло-
рода в слое конденсированного в вакууме
карбида бора является наличие в нем микро-
и нанопористости, в результате чего он ин-
тенсивно поглощает влагу из окружающей
атмосферы. На рис. 3 приведены микрос-
труктуры покрытий на основе карбида бо-
ра, осажденного в различных условиях.
На образцах, полученных в стационар-
ных условиях (без вращения), слой на ос-
нове карбида бора имеет довольно плот-
ную структуру. Характер тонкой микро-
структуры стационарно осажденных пок-
рытий, которая выглядит как высокодис-
персные столбчато-ориентированные крис-
таллы, и размытость дифракционных ко-
лец (вследствие малых размеров участков
когерентного рассеивания на уровне нес-
кольких нанометров) на электронограм-
мах при исследовании в режиме диф-
ракции свидетельствуют о наличии амор-
фной наноразмерной структуры слоя на
основе карбида бора. Отсутствие четких
колец на электронной микродифракции
(рис. 4), делает невозможным идентифи-
кацию фаз в этом слое, а существенный
фон свидетельствует о присутствии амор-
фных фаз карбида бора и углерода.
Характерной особенностью микрост-
руктур слоя на основе карбида бора, по-
лученного на вращающихся образцах, яв-
ляется наличие чередующихся слоев, рас-
положенных параллельно подложке. Рас-
стояние между ними пропорционально
скорости вращения образцов, т. е. причи-
ной появления этих высокопористых сло-
ев являлось периодическое изменение уг-
ла падения парового потока испаряемого
карбида бора на поверхность образца.
Очевидно, что изменение условий конден-
сации карбида бора при вращении образ-
цов сопровождается формированием
прослоек с более рыхлой и пористой мик-
роструктурой, по сравнению со стацио-
нарно осажденными слоями. Кроме того,
отмечено появление пограничной порис-
тости между отдельными фрагментами
столбчатых кристаллитов, при этом ха-
рактер тонкой структуры конденсируемо-
го карбида бора практически не изменился с уве-
личением скорости вращения образцов.
Рис. 3. Микроструктура изломов слоя на основе B4C, осажденных при Ts =
= 500 °С в стационарных условиях (а, б); при скорости вращения 15 об/мин
(в, г); при скорости вращения 30 об/мин (д, е); с ионной обработкой при ско-
рости вращения 30 об/мин (ж, з) и скорости вращения 30 об/мин (и, к)
17
Установлено, что конденсированный слой на ос-
нове карбида бора подвержен изменениям при дли-
тельном хранении на открытом воздухе (на различ-
ных образцах и деталях). Через несколько месяцев
хранения во внешнем слое В4С зафиксированы
фрагментация и растрескивание (рис. 5). При этом
у покрытий, осажденных в стационарных условиях,
было наименьшее количество подобных дефектов.
Предполагается, что причиной появления по-
добных дефектов может быть адсорбция вла-
ги/кислорода нанопористыми прослойками в слое
на основе карбида бора, что приводит к последую-
щему расслоению и фрагментации [4, 5]. Наиболее
вероятным механизмом разрушения может быть
окисление свободного бора с образованием борного
ангидрида B2O3, сопровождающееся увеличением
объема нанопористой прослойки, вдоль которой
происходило растрескивание и расслоение слоя на
основе карбида бора.
Результаты термогравиметрического анализа от-
деленного от подложки слоя на основе карбида бора
показали, что у слоя, осажденного на вращающуюся
подложку, десорбция влаги/воды при нагреве от
20 до 650 °С происходила при температуре кипения
воды, а окисление начиналось приблизительно при
550 °С. Образцы с покрытиями, нанесенными в ста-
ционарных условиях (без вращения), увеличивали
массу и окислялись тоже при 550 °С без испарения
влаги. Это подтверждает гипотезу о поглощении
влаги высокопористыми прослойками, образующи-
мися при осаждении покрытия на вращающуюся
подложку. При этом слой на основе карбида бора,
который хранился на открытом воздухе в течение
1 года, имел примерно в 2 раза более высокую от-
носительную потерю массы при нагреве до 100 °С,
чем слой аналогичной толщины в случае хранения
после осаждения на протяжении нескольких дней.
Для установления с помощью экспресс-метода
начала фрагментации в результате взаимодействия
покрытия с влагой использовался качественный ме-
тод оценки, состоящий в погружении тестовых об-
разцов с покрытиями в воду на сутки и последую-
щем исследовании под микроскопом начала повер-
хностной фрагментации и/или потери массы.
Использованная методика сравнительных испы-
таний включала исходную очистку поверхности об-
разцов спиртом и последующее погружение образ-
цов в дистиллированную воду на 12 ч. Образцы
контролировали визуально дважды в день на пред-
мет появления поверхностной фрагментации или
изменения массы после сушки. Испытания прово-
дили до появления первых микротрещин в слое
В4С, их результаты для покрытий одинаковой тол-
щины на связующем слое из меди приведены на
рис. 6.
У покрытий, осажденных на вращающуюся под-
ложку, нагретую до 500 °С, была самая низкая вла-
гостойкость. В случае осаждения на стационарную
подложку последняя возрастала более, чем в 9 раз.
С целью выяснения возможности уплотнения
слоя на основе карбида бора в процессе конденсации
выполнены эксперименты по осаждению покрытий
Рис. 5. Микроструктура конденсированного слоя B4C, осажденного на вращающуюся подложку, после хранения на воздухе в
течение 12 мес.: а – поверхность, 100; б – поперечное сечение, 1300; в – излом, 150000
Рис. 4. Электронная микродифракция конденсированного слоя на основе B4C в плоскости, паралельной подложке, при осаждении
в стационарных условиях Тs = 500 °С (а); при скорости вращения 30 об/мин (б) и 30 об/мин, Тs = 800 °С (в)
18
с одновременной обработкой ионами Ar+ (при ус-
коряющем напряжении 2 кВ и токе 125 мА) повер-
хности вращающейся подложки. Микроструктура
таких покрытий приведена на рис. 3, ж, з.
Ионная обработка вызвала уплотнение конден-
сируемого слоя, о чем свидетельствует увеличение
микротвердости и снижение содержания кислорода
в слое на основе карбида бора (таблица). При ис-
пытаниях на влагостойкость образцы, поверхность
которых во время осаждения обрабатывали ионами,
не имели признаков отслоения на протяжении приб-
лизительно двух недель, т. е. достигнуто увеличе-
ние влагостойкости в 7 раз.
С целью уточнения технологических парамет-
ров, гарантирующих надежную длительную влагос-
тойкость слоя на основе карбида бора, осаждаемого
на вращающуюся подложку, выполнены экспери-
менты при температуре подложки 800 °С. Микрос-
труктура такого покрытия приведена на рис. 3, и, к,
характер распределения основных химических эле-
ментов по толщине покрытия такой же, как и у
покрытия, осажденного при 500 °С.
Следует отметить, что микроструктура слоя на
основе карбида бора также имеет чередующиеся
прослойки, однако они значительно менее выраже-
ны и с более высокой плотностью, при этом уровень
микротвердости достигает 19,3 ГПа. Массовая доля
кислорода в покрытии снижается до 4,6 % (табли-
ца). При испытании на влагостойкость установле-
но, что покрытие, осажденное при температуре
800 °С, не претерпело никаких изменений после 90
дней испытаний.
Выводы
1. Показано, что покрытия на основе карбида бора,
полученные способом электронно-лучевого испарения
и конденсации в вакууме при температуре подложки
500 °С и стационарном закреплении подложки (без
вращения), а также ее вращении, являются нанострук-
турными. Адгезия покрытия с подложкой зависит от
состава связующего слоя и достигает максимума при
скорости вращения подложки 25…30 об/мин.
2. Установлено, что наиболее высокая микротвер-
дость конденсированного слоя B4C (на уровне 22 ГПа)
достигается при осаждении покрытия на стационарно
установленную подложку. При вращении подложки
со скоростью в интервале 5…30 об/мин микротвер-
дость слоя на основе карбида бора снижается до
15…14 ГПа за счет образования чередующихся слоев
с нанопористой структурой. Массовая доля кислоро-
да в слое на основе карбида бора увеличивается от 2
(стационар) до 10 % (при 5 об/мин) за счет адсор-
бции атмосферной влаги нанопористой структурой.
3. Отмечено, что покрытия на основе карбида
бора, осажденные на вращающуюся подложку при
температуре 500 °С, склонны к фрагментации и рас-
трескиванию за счет адсорбции влаги/кислорода
нанопорами покрытия и окислением свободного бо-
ра до B2O3, который в свою очередь является гид-
росорбционным веществом.
4. Установлено, что повышение влагостойкости
осаждаемого слоя на основе карбида бора при тем-
пературе подложки 500 °С может быть достигнуто
путем нанесения покрытия на стационарную под-
ложку, а также ионной обработки поверхности кон-
денсации при вращении подложки.
5. Увеличение температуры подложки до 800 °С
обеспечивает надежную влагостойкость конденси-
рованного слоя карбида бора на вращающейся под-
ложке.
1. Твердые эрозионно-стойкие градиентные покрытия, осаж-
даемые в вакууме / К. Ю. Яковчук, В. В. Скрябинский,
А. Г. Маринский, Г. Г. Дидикин // Современ. электро-
металлургия. – 2007. – № 2. – С. 17—22.
2. Конденсационные эрозионно-стойкие покрытия на основе
карбида бора / К. Ю. Яковчук, Г. Г. Дидикин, С. М. Ро-
маненко и др. // Там же. – 2008. – № 3. – С. 33—37.
3. Твердые эрозионностойкие покрытия системы Ti—B—C,
осаждаемые в вакууме / К. Ю. Яковчук, Г. Г. Дидикин,
С. Е. Литвин, В. В. Грабин // Там же. – 2009. –
№ 1. – С. 28—33.
4. Kinetics of oxidation of boron powder / A. Jain, K. Jo-
seph, S. Anthonysamy, G. S. Gupta // Thermochimica
Acta. – 1998. – 17, iss. 1-2. – P. 67—73.
5. Qiu T., Li Y. Q. Oxidation behavior of boron carbide pow-
der // Mat. Sci. and Eng. – 2007. – 444, № 1-2. –
P. 67—73.
ГП «Международный центр
электронно-лучевых технологий», Киев
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 26.06.2012
Рис. 6. Результаты испытаний слоя на основе карбида бора на
влагостойкость при Ts = 500 °С: 1 – вращение; 2 – вращение
и ионная обработка; 3 – стационар; 4 – стационар и ионная
обработка; τ – время нахождения образцов в воде
19
|