Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N
В работе представлен краткий обзор результатов по исследованию нанокомпозитных комбинированных покрытий на основе Ti-Al-N/Ti-N/Al₂O₃. С помощью методов: оже-электронной
 спектроскопии, ядерных реакций, резерфордовского обратного рассеяния ионов, рентгено-дисперсного микроанализа, растровой...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98841 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N / А.Д. Погребняк, А.А. Дробышевская, М.В. Ильяшенко, Г.В. Кирик, Ф.Ф. Комаров, В.М. Береснев, Н.А. Махмудов, Ш.М. Рузимов, А.П. Шипиленко, Ю.Ж. Тулеушев // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 1. — С. 20–27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860243394142404608 |
|---|---|
| author | Погребняк, А.Д. Дробышевская, А.А. Ильяшенко, М.В. Кирик, Г.В. Комаров, Ф.Ф. Береснев, В.М. Махмудов, Н.А. Рузимов, Ш.М. Шипиленко, А.П. Тулеушев, Ю.Ж. |
| author_facet | Погребняк, А.Д. Дробышевская, А.А. Ильяшенко, М.В. Кирик, Г.В. Комаров, Ф.Ф. Береснев, В.М. Махмудов, Н.А. Рузимов, Ш.М. Шипиленко, А.П. Тулеушев, Ю.Ж. |
| citation_txt | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N / А.Д. Погребняк, А.А. Дробышевская, М.В. Ильяшенко, Г.В. Кирик, Ф.Ф. Комаров, В.М. Береснев, Н.А. Махмудов, Ш.М. Рузимов, А.П. Шипиленко, Ю.Ж. Тулеушев // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 1. — С. 20–27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | В работе представлен краткий обзор результатов по исследованию нанокомпозитных комбинированных покрытий на основе Ti-Al-N/Ti-N/Al₂O₃. С помощью методов: оже-электронной
спектроскопии, ядерных реакций, резерфордовского обратного рассеяния ионов, рентгено-дисперсного микроанализа, растровой электронной микроскопии, рентгено-фазового анализа,
оптической микроскопии, нано- и микротвердости, испытаний на износ по схеме цилиндрплоскость, а также коррозийных испытаний и термического отжига на воздухе до 900 °С обнаружено, что эти покрытия обладают высокими физико-механическими защитными свойствами.
Показано, что эти многослойные покрытия можно использовать как для защиты от внешних
воздействий (твердость, износ, коррозия, температура), так и для восстановления размера изношенных деталей, использующихся в производстве.
У роботі представлений короткий огляд результатів по дослідженню нанокомпозитних комбінованих покриттів на основі Tі-Al-N/Tі-N/Al₂O₃. За допомогою методів: оже-електронної
спектроскопії, ядерних реакцій, резерфордівського зворотного розсіювання іонів, рентгено-дисперсного мікроаналізу, растрової електронної мікроскопії, рентгено-фазового аналізу, оптичної мікроскопії, нано- і мікротвердості, випробувань на зношування за схемою циліндр-площина, а також корозійних випробувань і термічного відпалу на повітрі до 900 °С виявлено,
що ці покриття мають високі фізико-механічні захисні властивості. Показано, що ці багатошарові покриття можна використовувати як для захисту від зовнішніх впливів (твердість, зношування, корозія, температура), так і для відновлення розміру зношених деталей, що використовуються у виробництві.
In the brief review the results of researches of nanocomposite combined coatings on the basis Ti-AlN/Ti-N/Al₂O₃ are presented. With the help of methods: auge-electron microscopy, nuclear reactions,
rutherford back-scattering of ions, X-ray dispersion microanalysis, scanning electron microscopy,
X-ray phase analysis XRD, optical microscopy, nano- and microhardness, wear tests under the scheme
the cylinder-plane and also corrosion tests and thermal annealing on air up to 900 °С was shown that
these coatings have high physical-mechanical protective properties. It was demonstrated that these
multi-layer coatings can be used as for protection against external effects (hardness, wearing, corrosion,
temperature) and for recovery of the size of worn-out parts operating in industry.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:33:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 120
УДК 621.534.762
ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И
ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ НАНО- И МИКРОКОМПОЗИТНЫХ
ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ Ti-Al-N
А.Д. Погребняк1,2, А.А. Дробышевская3, М.В. Ильяшенко1,2, Г.В. Кирик4,
Ф.Ф. Комаров5, В.М. Береснев3, Н.А. Махмудов6, Ш.М. Рузимов6,
А.П. Шипиленко1,2, Ю.Ж. Тулеушев7
1Сумской институт модификации поверхности, Украина
2Сумский государственный университет, Украина
3Научный физико-технологический центр МОН и НАН Украины (Харьков)
Украина
4Концерн “Укрросметалл” (Сумы)
Украина
5Белорусский государственный университет (Минск)
Беларусь
6Самаркандский филиал Ташкентского университета информатики
Узбекистан
7Институт ядерной физики НЯЦ республики Казахстан (Алматы)
Казахстан
Поступила в редакцию 18.03.2010
В работе представлен краткий обзор результатов по исследованию нанокомпозитных комби-
нированных покрытий на основе Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3. С помощью методов: оже-электронной
спектроскопии, ядерных реакций, резерфордовского обратного рассеяния ионов, рентгено-
дисперсного микроанализа, растровой электронной микроскопии, рентгено-фазового анализа,
оптической микроскопии, нано- и микротвердости, испытаний на износ по схеме цилиндр-
плоскость, а также коррозийных испытаний и термического отжига на воздухе до 900 °С обна-
ружено, что эти покрытия обладают высокими физико-механическими защитными свойствами.
Показано, что эти многослойные покрытия можно использовать как для защиты от внешних
воздействий (твердость, износ, коррозия, температура), так и для восстановления размера изно-
шенных деталей, использующихся в производстве.
Ключевые слова: термическая стабильность, износостойкость, твердость, коррозионные
свойства, многослойное покрытие.
У роботі представлений короткий огляд результатів по дослідженню нанокомпозитних ком-
бінованих покриттів на основі Tі-Al-N/Tі-N/Al2O3. За допомогою методів: оже-електронної
спектроскопії, ядерних реакцій, резерфордівського зворотного розсіювання іонів, рентгено-
дисперсного мікроаналізу, растрової електронної мікроскопії, рентгено-фазового аналізу, оп-
тичної мікроскопії, нано- і мікротвердості, випробувань на зношування за схемою циліндр-
площина, а також корозійних випробувань і термічного відпалу на повітрі до 900 °С виявлено,
що ці покриття мають високі фізико-механічні захисні властивості. Показано, що ці багато-
шарові покриття можна використовувати як для захисту від зовнішніх впливів (твердість, зно-
шування, корозія, температура), так і для відновлення розміру зношених деталей, що вико-
ристовуються у виробництві.
Ключові слова: термічна стабільність, зносостійкість, твердість, корозійні властивості, бага-
тошарове покриття.
In the brief review the results of researches of nanocomposite combined coatings on the basis Ti-Al-
N/Ti-N/Al2O3 are presented. With the help of methods: auge-electron microscopy, nuclear reactions,
rutherford back-scattering of ions, X-ray dispersion microanalysis, scanning electron microscopy,
X-ray phase analysis XRD, optical microscopy, nano- and microhardness, wear tests under the scheme
the cylinder-plane and also corrosion tests and thermal annealing on air up to 900 °С was shown that
these coatings have high physical-mechanical protective properties. It was demonstrated that these
multi-layer coatings can be used as for protection against external effects (hardness, wearing, corrosion,
temperature) and for recovery of the size of worn-out parts operating in industry.
Keywords: thermal stability, wear stability, hardness, corrosion properties, multi-layer coating.
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 1 21
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, нанокомпозитные покрытия на
основе Ti-Al-N обладают высокими физико-
механическими свойствами наряду с высокой
твердостью и модулем упругости. Но боль-
шие значения твердости формируются в по-
крытиях при малых размерах нанозерен.
В работе [1] мы показали, что конденсация
покрытия из Ti-Al-N на толстое покрытие из
Ni-Cr-B-Si-Fe приводит к улучшению физико-
механических свойств, однако значения твер-
дости достигают всего 22 ± 1,8 ГПa, что связа-
но, в первую очередь, с большими размерами
нанозерен (17÷ 22) и (34÷90) нм. Осаждение
тонкой пленки толщиной не более 3,5 мкм
на толстое покрытие из Ni-Cr-B-Si-Fe прово-
дили распылением сплавной мишени магнет-
рона Ti-Al.
В работе [2] на стальные образцы осажда-
лось покрытие Ti-Al-N толщиной 2,5 мкм с
помощью вакуумно-дугового источника в ВЧ
разряде. В исследуемом покрытии была высо-
кая твердость, которая достигала значений до
35 ± 2,1 ГПa, и при этом покрытие обладало
высокой стойкостью к износу, задирообразо-
ванию и обладало более низким коэффициен-
том трения (по сравнению с TiN). В данной
работе мы остановились на создании много-
слойного нанокомпозитного покрытия
Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3, осажденного нескольки-
ми технологиями, которое, по нашему мне-
нию, должно обладать высокими физико-ме-
ханическими, коррозионными свойствами и
иметь высокую стойкость к температуре.
Таким образом, целью настоящей работы
было создание многокомпонентных комби-
нированных покрытий на основе Ti-Al-N/Ti-
N/Al2O3 на подложке из стали, и исследова-
ние их структуры и физико-механических
свойств.
ДЕТАЛИ ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
На образцы нержавеющей стали 321 толщи-
ной (2,5 ÷ 3) мм наносили покрытие с помо-
щью плазменно-детонационной технологии
на установке “Импульс-6” толщиной око-
ло 50 мкм (используя при этом порошок из
α -Al2O3 с размерами фракции от 23 до
56 мкм). Покрытия шириной около 20 мм
осаждались за один проход, расход газов и
емкость батарей была такая же, как в работе
[3].
После очистки поверхности тлеющим раз-
рядом на покрытия из Al2O3 в газовой среде
N/Ar наносили TiN покрытие толщиной (1,8
÷ 2,2) мкм при токе горения дуги титанового
катода 100 А.
Затем, используя сплавной катод из TiAl,
конденсировали покрытие из Ti-Al-N толщи-
ной около 2,2 ÷ 2,5 мкм также в среде N/Ar.
Таким образом, толщина трехслойного мно-
гокомпонентного покрытия составляла (53 ÷
56,5) мкм.
Для анализа структуры покрытия исполь-
зовали методы: дифракции рентгеновских лу-
чей (РСА), частично ПЭМ анализ, растровую
электронную микроскопию с микроанализом
(SEM с EDS). Для анализа состава применя-
ли Резерфордовское обратное рассеивание
ионов (используя при этом ионы 4Н+ с энер-
гией 2,29 MэВ и протоны с Е = 1,001 MэВ).
На отдельных образцах были проведены ис-
следования с помощью оже-электронной
спектроскопии. Коррозионные испытания
проводили в стандартной ячейке [4 – 6], а
тесты на стойкость к износу проводили по
схеме цилиндр-плоскость.
На нескольких образцах были приготов-
лены поперечные и косые шлифы (под углом
(7 ÷ 10°)) для анализа элементов по глубине
многослойного покрытия с помощью элект-
ронного микроскопа, микроанализа и XRD-
анализа в точечном режиме, и для наноинден-
тации.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
В табл. 1 представлены результаты расчетов
нанотвердости Н и модуля упругости Е для
каждого из слоев этой многослойной струк-
туры. Как видно из этих данных, наибольши-
ми твердостью Н = 35 ± 1,8 ГПa и модулем
упругости Е = 327 ± 17 ГПa обладает слой
Ti-Al-N. Оценки размеров зерен по Дебаю-
Шереру показали, что размер зерен поверх-
ностного слоя составляет (10 ÷ 12) нм, размер
зерен второго слоя покрытия из TiN несколь-
ко выше – (20 ÷ 35) нм, а размер зерен покры-
тия из Al2O3 имеют широкий спектр разброса
значений от единиц, десятков микрон до 25%
зерен, имеющих размер меньше, чем 100 нм.
А.Д. ПОГРЕБНЯК, А.А. ДРОБЫШЕВСКАЯ, М.В. ИЛЬЯШЕНКО, Г.В. КИРИК, Ф.Ф. КОМАРОВ, В.М. БЕРЕСНЕВ, Н.А. МАХМУДОВ,...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 122
Таким образом, получается, что третий слой
покрытия, состоящий из керамики Al2O3, есть
дисперсно упрочненный, а не наноструктур-
ный.
На рис. 1. представлены спектры обратно-
го рассеяния (РОР) ионов (а) и протонов (б),
полученных для многослойного покрытия
Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3. Из этих спектров видно,
что в покрытии имеются следующие элемен-
ты: N, O, Al, Ti, небольшая концентрация ато-
мов Nb и совсем немного Ta (последние при-
сутствуют со стенок камеры источника).
Стехиометрия предполагаемого соедине-
ния, полученная из спектров по формулам [3],
близка к (Ti60Al40)N. Имеется также и неболь-
шое количество TiN со второго слоя и даже
“слегка” захватывает протонами третий слой
из Al2O3 (граница которого не видна на спект-
ре).
На рис. 2 представлен косой шлиф, на ко-
тором показан 1й слой (а) и 2 – 3й слои (б).
Этот шлиф сделан для того, чтобы можно бы-
ло провести микроанализ этих слоев, а также
все измерения, связанные с наноиндентором.
Таблица 1
Значения твердости и модуля упругости, размеры слоев трехслойного нанокомпозитного
комбинированного покрытия, осажденного на нержавеющую сталь
Состав покрытия H, ГПa E, ГПa Размер зерен, нм Размер слоев, нм
Ti-Al-N 35 ± 1,8 327 ± 13 10 ÷ 12 2,2 ÷ 2,5
Ti-N 22 ± 6 240 ± 16 20 ÷ 35 1,8 ± 0,2
Al2O3 16 ± 20 194 ± 8 104 ÷ 105 48 ± 52
Steel
а)
б)
Рис. 1. Экспериментальные спектры обратного рас-
сеянных ионов, полученные для многослойного по-
крытия Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3: а) – ионов гелия с энергией
2,297 MэВ; б) – протонов с энергией 1,01 MэВ.
б)
а)
Рис. 2 Изображение участка “косого шлифа” под
углом (7 ÷ 10)° многослойного нанокомпозитного по-
крытия на основе Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3: а) – 1 слой нано-
композитного покрытия, б) – 2 и 3 слои покрытия.
ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ НАНО- И МИКРОКОМПОЗИТНЫХ ....
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 1 23
На рис. 3а, б, в представлен элементный
состав подложки (321 стали) с небольшими
добавками (а) за счет диффузии во время
осаждения плазменной струей и последую-
щего оплавления покрытия без порошка. На
изображении элементного состава точка в
слое из Al2O3 имеет соотношение Al и О (70%
и 20%) соответственно, что указывает на то,
что часть Al входит в состав толстого покры-
тия из Al2O3, а часть в состав Ti-Al-N, однако
Ti меньше, чем 0,2 вес.%.
На рис. 4 представлены дифрактограммы,
полученные на многослойном нанокомпозит-
ном покрытии Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3 в исходном
состоянии. Как видно, в покрытии присутст-
вуют такие фазы: Al2O3, TiN, AlTi3N (AlTi)N;
возможно присутствие фазы Cr0,19Fe0,7Ni0,11 от
подложки. После отжига 600 °С, фазовый
состав покрытия не менялся. Однако отжиг
при 900 °С в течение 3х часов на воздухе (см.
рис. 5 и дифрактограмму на рис. 4 верхняя
кривая) приводит к формированию TiO2, а фа-
за Al2O3 стала более микрокристаллической
и состояла только из α-Al2O3. Т.е. в результате
3х часового отжига, при температуре 900 оС в
воздушной среде происходит полное окисле-
ние Ti и Al, твердость покрытия также рез-
ко уменьшилась и стала равной Н = (8,8 ÷
12) ГПa. Таким образом, верхние 2 слоя
окисляются (полностью только 1-й и часть
второго), а в слое из Al2O3 не происходит
а)
б)
в)
Рис. 3. Энергодисперсионные спектры, полученные с
участков “косого шлифа” многослойного покрытия:
а) – поверхность межфазной области покрытия из
Al2O3 (подложка); б) – второй слой TiN; в) – третий
(верхний) слой TiAlN.
Рис. 4. Участки дифрактограмм, снятые для много-
слойного нанокомпозитного покрытия Ti-Al-N/Ti-N/
Al2O3 после осаждения (через несколько недель) и
после отжига при 900оС на воздухе в течение 3-х часов.
а)
б)
Рис. 5. Энергетические оже-спектры: а) – снятые с
поверхности многоэлементного покрытия; б) – про-
фили концентрации элементов по глубине (толщине)
многослойного покрытия.
А.Д. ПОГРЕБНЯК, А.А. ДРОБЫШЕВСКАЯ, М.В. ИЛЬЯШЕНКО, Г.В. КИРИК, Ф.Ф. КОМАРОВ, В.М. БЕРЕСНЕВ, Н.А. МАХМУДОВ,...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 124
переход из α-фазы (может быть из-за того,
что переход в γ-фазу начинается при тем-
пературах свыше 950 °С).
На рис. 5а, б представлены результаты оже-
анализа покрытия. Как видно из этих резуль-
татов, в покрытии есть Ti, N, Al, C, и O (по-
следний в небольшом количестве, по сравне-
нию с концентрацией Ti и N). После травле-
ния в течение (5 ÷ 7) минут концентрация N
и Ti выравнивается (32 ÷ 35) ат.%, а после 20
минут профили концентраций этих элемен-
тов совпадают, что говорит об определенной
стехиометрии.
Дополнительные исследования с помо-
щью метода ядерных реакций (который имеет
более высокий предел обнаружения, по
сравнению с РОР анализом), позволили оп-
ределить профили концентрации всех эле-
ментов по глубине покрытия почти до 6 мкм
(6000 нм).
Из рис. 6 а, б очень хорошо видна толщи-
на верхнего покрытия, которая составляет
2,5 мкм, хотя наблюдаются “хвосты”, полу-
ченные элементами, которые достигают глу-
бины свыше 4 мкм.
На рис. 7 представлены результаты РОР
анализа для всех основных элементов, вхо-
дящих в состав покрытия до и после отжига
образцов с покрытиями. Из этих результатов
следует то, что в покрытии происходят зна-
чительные изменения. Во-первых, концент-
рация Ti (пиковая) уменьшается, происходит
“размытие” профиля Ti, образуется соедине-
ние TiО2, значительно уменьшается концент-
рация N, кроме того, происходит перераспре-
деление Al и изменение его состояния, т.е.
часть Al образует окисел Al2O3. Данные ре-
зультаты хорошо согласуются с результатами
XRD анализа до и после отжига в воздухе при
температуре 900 °С в течение 3 часов
(рис. 4).
На рис. 8а, б и рис. 9а, б представлены
изображения поверхностных покрытий до и
после отжига в воздухе до 600 °С, а также
протравленные шлифы (поперечные). Из
этих изображений следует, что особенных из-
менений в структуре покрытия и его элемент-
ном составе не происходит. Видна четкая гра-
ница покрытия, осажденного с помощью ва-
куумно-дугового источника, а именно слой
(Ti-N), слой Ti-Al-N и слой толстого покры-
тия из Al2O3, полученного с помощью плаз-
менно-детонационной технологи. Микро-
анализ, проведенный как раз в нескольких
точках покрытия с поверхности и по шлифу,
показал, что не наблюдается значительных
изменений в элементном составе, кроме
увеличения концентрации C, O и небольшого
а)
б)
Рис. 6. Распределение элементов, составляющих нано-
композитное многослойное покрытие по глубине, по-
лученное с помощью ядерных реакций в исходном
состоянии и после отжига.
Рис. 7. Спектры обратного рассеяния ионов (водоро-
да), полученные с многослойного покрытия Ti-Al-N/
Ti-N/Al2O3 для разных режимов: 1 – термический от-
жиг при Т = 600 °C в вакууме в течение 3 часов,
2 – обработка сильноточным электронным пучком
(СЭП), 3 – исходное состояние после осаждения.
ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ НАНО- И МИКРОКОМПОЗИТНЫХ ....
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 1 25
уменьшения концентрации N (азота). Таким
образом, можно сказать, что термический от-
жиг трехслойного нанокомпозитного покры-
тия даже на воздухе до температуры 600 °С
не влияет на элементный и структурный
состав покрытия, чего нельзя сказать об от-
жиге с помощью электронного пучка (до
плавления).
В табл. 2 представлены все виды и пара-
метры фаз решеток, составляющих компози-
цию покрытия после осаждения (до отжига).
Как видно из этой таблицы и рисунков, а так
же параметров решеток, которые получены
из рентгенограмм (см. рис. 4), значительных
отличий мы не видим, кроме как возможных
макронапряжений в покрытии и возможных
а) б)
Рис. 8. Структура поперечного шлифа многослойного
нано-микрокомпозитного – а) и вид поверхности – б)
в исходном состоянии после осаждения (через 3 ме-
сяца).
а) б)
Рис. 9. Изображение структуры поперечного шлифа
многослойного нано-микрокомпозитного покрытия –
а) после отжига при 600 °С и изображение поверх-
ности этого покрытия – б).
Фаза α-Al2O3 γ-Al2O3
TiN Cr
Номер группы
Федорова 167 [262] 227 [262] 225 [262] 229 [262]
Вид элементар-
ной ячейки
Количество ато-
мов в ячейке, N 30 53,3 (56) 8 2
Тип решетки R 3 c [211] Fd3m [255] Fm3m [211] Im3m [211]
a, D 4,77 7,90 4,25 2,88
c, D 12,88 – – –
V, D3 253,43 493,04 76,87 23,86
HKL 104 400 111 110
2θ, град. 35,2 45,9 36,6 44,5
P(θ)HKL 19,14 10,60 17,78 11,42
FHKL 80,67 196,55 45,69 33,4
PHKL 6 6 8 12
IHKL, мм 157 64 37 25
Таблица 2
Параметры решеток, вид решеток элементарных ячеек, фаз, составляющих
нано-микрокомпозитное покрытие
А.Д. ПОГРЕБНЯК, А.А. ДРОБЫШЕВСКАЯ, М.В. ИЛЬЯШЕНКО, Г.В. КИРИК, Ф.Ф. КОМАРОВ, В.М. БЕРЕСНЕВ, Н.А. МАХМУДОВ,...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 126
микронапряжений в решетках фаз, состав-
ляющих покрытие.
На рис. 11 представлены результаты испы-
таний по износу поверхности покрытия при
истирании ее по схеме плоскость-цилиндр.
Как видно из этих результатов, самой
большой износ происходит при истирании
цилиндра по поверхности подложки (кривая
1). Затем, после нанесения покрытия из Al2O3
плазменно-детонационной технологией (кри-
вая 2), наблюдается уменьшение износа.
Уменьшение износа видно также после осаж-
дения покрытия TiN, по сравнению с Al2O3.
Наименьший износ обнаружили при истира-
нии многослойного нанокомпозитного по-
крытия Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3. Верхний слой по-
крытия (или другими словами “сендвич” из
Ti-Al-N/Ti-N) дает значительное уменьшение
износа.
Коррозионные испытания, которые были
проведены в электрохимической лаборатории
(Салоники, Греция) по международным стан-
дартам в растворе 0,5 М H2SO4 и простым
микровзвешиванием после определенного
времени (время выдержки в течение (3 ÷ 6)
месяцев) в растворах NaCl и HCl, показали
высокую стойкость покрытия по сравнению
с растворением подложки из стали 321
(стандарт Европейский).
ВЫВОДЫ
Таким образом, полученные многослойные
нано-микрокомпозитные покрытия на осно-
ве Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3 обладают термической
стабильностью на воздухе до температуры
900 оС. Кроме того, они обладают высокой
стойкостью к износу при трении цилиндра
по поверхности и высокой коррозионной
стойкостью в среде NaCl, H2SO4. Однако от-
жиг при температуре 900 °С на воздухе прив-
одит к окислению верхнего слоя из Ti-Al-N
полностью, и второго слоя из Ti-N частично.
Твердость покрытия резко уменьшается бо-
лее, чем в 2 раза. В тоже время, импульсный
пучок электронов (без оплавления поверх-
ности) не уменьшает значения твердости, воз-
можно, из-за кратковременного воздействия,
однако приводит к перераспределению при-
месей (элементов, входящих в состав покры-
тия) на межфазных границах многослойного
покрытия.
Работа выполнялась в рамках проекта
МНТЦ К-1198 и частично НАН Украины
“Наносистемы, нанокомпозиты и нанома-
териалы” и госбюджетной НИР в соответст-
вии с кординационным планом МОН
Украины № госрегистрации 0110U001258.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы признательны сотрудникам Сумского
института модификации поверхности, ин-
ститута ядерной физики Национального
ядерного центра Казахстана за помощь в про-
ведении экспериментов, а также Dr. F. Noly,
prof. P. Misailidis (from Thessaloniki, Greece)
за коррозионные испытания.
Рис. 11. Зависимости износа материала при трении
цилиндра по поверхности образцов:1 – исходное
состояние; 2 – покрытие из Al2O3; 3 – покрытие из
Ti-N/Al2O3;4 – многослойное нанокомпозитное по-
крытие из Ti-Al-N/Ti-N/Al2O3.
ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ НАНО- И МИКРОКОМПОЗИТНЫХ ....
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 1, vol. 8, No. 1 27
ЛИТЕРАТУРА
3. Погребняк А.Д., Дробышевская А.А., Бе-
реснев В.М., Кылышканов М.К., Кирик Г.В.,
Дуб С.Н., Комаров Ф.Ф., Шипиленко А.П.,
Тулеушев Ю.Ж. Нанокомпозитные защитные
покрытия на основе Ti-Al-N/Ni-Cr-B-Si-Fe, их
структура и свойства//ЖТФ.– 2010. – Вып. 7.
4. Береснев В.М., Погребняк А.Д., Турбин П.В.,
Дуб С.Н., Кирик Г.В., Кылышканов М.К.,
Швец О.В., Грищенко В.И., Шипиленко А.П.
Трибологические и механические свойства
нанокомпозитных покрытий из Ti-Al-N,
осажденных ионно-плазменным методом//
Трение и износ. – 2010. – Вып. 2.
5. Pogrebnjak A.D., Kravchenkoa Yu.A., Kislitsynb
S.B., Ruzimovc Sh.M., Nolid F., Misaelidesd P.,
Hatzidimitrioud A. TiN/Cr/Al2O3 and TiN/Al2O3
hybrid coatings structure features and properties
resulting from combined treatment//Surf. And
Coat. Tech. – 2006. –Vol. 201. – P. 2621-2632.
6. Погребняк А.Д., Дробышевская А.А, Дани-
ленок М.М., Береснев В.М., Кирик Г.В., Жу-
ковский П.В., Тулеушев Ю.Ж. Исследования
структуры и физико-химические свойства
нанокомпозитных комбинированных покры-
тий на основе Ti-Cr-N/Ni-Cr-B-Si-Fe//Извес-
тия высших учебных заведений. Физика. –
2010. – Вып. 12. – С. 61-69.
7. Азаренков Н.А., Береснев В.М., Погреб-
няк А.Д. Структура и свойства защитных по-
крытий и модифицированных слоев. –
Харьков: ХНУ, 2007. – 560 с
8. Погребняк А.Д., Шпак А.П., Азаренков Н.А.,
Береснев В.М. Структура и свойства твердых
и сверхтвердых наноструктурных покрытий
//Успехи физических наук. – 2009. – № 179,
П.1. – С. 35-64.
Погребняк А.Д., Дробышевская А.А., Ильяшенко М.В.,
Кирик Г.В., Комаров Ф.Ф., Береснев В.М., Махмудов Н.А.,
Рузимов Ш.М., Шипиленко А.П., Тулеушев Ю.Ж., 2010
А.Д. ПОГРЕБНЯК, А.А. ДРОБЫШЕВСКАЯ, М.В. ИЛЬЯШЕНКО, Г.В. КИРИК, Ф.Ф. КОМАРОВ, В.М. БЕРЕСНЕВ, Н.А. МАХМУДОВ,...
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98841 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:33:01Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Погребняк, А.Д. Дробышевская, А.А. Ильяшенко, М.В. Кирик, Г.В. Комаров, Ф.Ф. Береснев, В.М. Махмудов, Н.А. Рузимов, Ш.М. Шипиленко, А.П. Тулеушев, Ю.Ж. 2016-04-18T15:55:27Z 2016-04-18T15:55:27Z 2010 Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N / А.Д. Погребняк, А.А. Дробышевская, М.В. Ильяшенко, Г.В. Кирик, Ф.Ф. Комаров, В.М. Береснев, Н.А. Махмудов, Ш.М. Рузимов, А.П. Шипиленко, Ю.Ж. Тулеушев // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 1. — С. 20–27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98841 621.534.762 В работе представлен краткий обзор результатов по исследованию нанокомпозитных комбинированных покрытий на основе Ti-Al-N/Ti-N/Al₂O₃. С помощью методов: оже-электронной
 спектроскопии, ядерных реакций, резерфордовского обратного рассеяния ионов, рентгено-дисперсного микроанализа, растровой электронной микроскопии, рентгено-фазового анализа,
 оптической микроскопии, нано- и микротвердости, испытаний на износ по схеме цилиндрплоскость, а также коррозийных испытаний и термического отжига на воздухе до 900 °С обнаружено, что эти покрытия обладают высокими физико-механическими защитными свойствами.
 Показано, что эти многослойные покрытия можно использовать как для защиты от внешних
 воздействий (твердость, износ, коррозия, температура), так и для восстановления размера изношенных деталей, использующихся в производстве. У роботі представлений короткий огляд результатів по дослідженню нанокомпозитних комбінованих покриттів на основі Tі-Al-N/Tі-N/Al₂O₃. За допомогою методів: оже-електронної
 спектроскопії, ядерних реакцій, резерфордівського зворотного розсіювання іонів, рентгено-дисперсного мікроаналізу, растрової електронної мікроскопії, рентгено-фазового аналізу, оптичної мікроскопії, нано- і мікротвердості, випробувань на зношування за схемою циліндр-площина, а також корозійних випробувань і термічного відпалу на повітрі до 900 °С виявлено,
 що ці покриття мають високі фізико-механічні захисні властивості. Показано, що ці багатошарові покриття можна використовувати як для захисту від зовнішніх впливів (твердість, зношування, корозія, температура), так і для відновлення розміру зношених деталей, що використовуються у виробництві. In the brief review the results of researches of nanocomposite combined coatings on the basis Ti-AlN/Ti-N/Al₂O₃ are presented. With the help of methods: auge-electron microscopy, nuclear reactions,
 rutherford back-scattering of ions, X-ray dispersion microanalysis, scanning electron microscopy,
 X-ray phase analysis XRD, optical microscopy, nano- and microhardness, wear tests under the scheme
 the cylinder-plane and also corrosion tests and thermal annealing on air up to 900 °С was shown that
 these coatings have high physical-mechanical protective properties. It was demonstrated that these
 multi-layer coatings can be used as for protection against external effects (hardness, wearing, corrosion,
 temperature) and for recovery of the size of worn-out parts operating in industry. Авторы признательны сотрудникам Сумского
 института модификации поверхности, института ядерной физики Национального
 ядерного центра Казахстана за помощь в проведении экспериментов, а также Dr. F. Noly,
 prof. P. Misailidis (from Thessaloniki, Greece)
 за коррозионные испытания. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N Article published earlier |
| spellingShingle | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N Погребняк, А.Д. Дробышевская, А.А. Ильяшенко, М.В. Кирик, Г.В. Комаров, Ф.Ф. Береснев, В.М. Махмудов, Н.А. Рузимов, Ш.М. Шипиленко, А.П. Тулеушев, Ю.Ж. |
| title | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N |
| title_full | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N |
| title_fullStr | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N |
| title_full_unstemmed | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N |
| title_short | Триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе Ti-Al-N |
| title_sort | триботехнические, физико-механические свойства и термическая стабильность нано- и микрокомпозитных покрытий на основе ti-al-n |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98841 |
| work_keys_str_mv | AT pogrebnâkad tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT drobyševskaâaa tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT ilʹâšenkomv tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT kirikgv tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT komarovff tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT beresnevvm tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT mahmudovna tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT ruzimovšm tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT šipilenkoap tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn AT tuleuševûž tribotehničeskiefizikomehaničeskiesvoistvaitermičeskaâstabilʹnostʹnanoimikrokompozitnyhpokrytiinaosnovetialn |