Получение твердых износостойких покрытий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Е. ЖУКОВСКОГО

"ХАРЬКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ"

Кафедра 402

ИСПЫТАНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

Расчетно-графическая работа по курсу

"Методы проведения испытаний плазменных ускорителей и энергоустановок"

Выполнил:                              

студент гр.450

__________

Проверил:                               

доцент каф. 402

_______

2004

Содержание

Введение. 3

1 Получение покрытий. 5

2 Анализ структуры покрытий и их свойств. 6

3 Проведение испытаний на износ. 8

3.1 Испытания MoST - покрытия. 8

3.2. Испытания Graphit-iC - покрытия. 9

4 Применение покрытий и их функциональное назначение. 11

4.1. MoST для режущего и формовочного инструмента. 11

4.1.1. Применение для перфорации и пробивания отверстий. 11

4.1.2 Фрезерование. 12

4.1.3 Сухое сверление. 12

4.2 Применение Graphit-iC-покрытия. 12

4.2.1 Сверлильные операции. 12

4.2.2 Испытания на деталях двигателя. 12

Заключение. 14

Список использованной литературы.. 15

Введение

В течение длительного периода для получения твердых износостойких покрытий использовались в основном, нитриды, карбиды и карбонитриды, включая TiN, TiCN, TiAlN, CrN. Эти покрытия доказали, что являются очень эффективным средством борьбы с износом и широко применялись для улучшения характеристик режущего и формовочного инструмента. Однако, покрытия не являются низко фрикционными и не обеспечивают защиту контактирующей поверхности. Действительно, покрытия очень твердые и если покрытая поверхность или само покрытие достаточно шероховато, то это может стать причиной трения и быстрого износа контактирующей непокрытой поверхности. Если покрытие стирается, то его состав является источником абразивных частиц внутри механизма.

Алмазо-подобные углеродные (DLC) покрытия – также твердые, однако имеют более низкие фрикционные свойства, чем твердые нитридные покрытия. Очень твердые DLC покрытия имеют тенденцию к охрупчиванию, имеют плохую адгезию и не подходят для работы при высоких нагрузках. Me:C покрытия – более мягкие, но менее ломкие. Они могут осаждаться с хорошей адгезией и могут быть использованы при умеренно высоких нагрузках. В то время как для того, чтобы обеспечить оптимальную защиту от износа для трущихся механизмов, необходимо использовать твердые смазочные покрытия с малым трением и способностью защищать контактирующую поверхность. MoS₂ и графит, оба с гексагональной слоистой структурой, обладают этими свойствами, но оба являются мягкими. Недавно были разработаны два новых покрытия. Одно на основе MoS₂, второе на основе углерода (графита). Была доказана возможность осаждать их с сохранением очень низких фрикционных характеристик и в сочетании с высокой твердостью. Покрытия имеют высокую адгезию, нормально соотносящуюся с высокой плотностью ионов в планарной магнетронной распылительной системе. Высокая твердость в сочетании с низким трением дают очень низкий коэффициент износа, и механические свойства покрытия в сочетании с хорошей адгезией приводят к очень высокой способности выдерживать нагрузку. Также MoS₂ покрытие сохраняет свои удовлетворительные свойства во влажной атмосфере и подходит для наземного применения. Эти новые покрытия обладают оптимальными свойствами для соответствующей области применения.

Итак, на основе графита и МоS₂ были разработаны два новых покрытия. Разработанные покрытия сочетают в себе низкие фрикционные свойства с высокой твердостью, высокую стойкость к нагрузкам с исключительно малым износом. Оба покрытия работают как твердо-смазочные материалы, обеспечивая защиту как защищенной покрытием поверхности, так и контактирующей поверхности без покрытия. Оба покрытия были осаждены Teer Coatings UDD с помощью планарной ионной распылительной магнетронной системы [1]. Покрытия находят применение в улучшении характеристик режущего и формовочного инструмента, а также делают возможной высокоскоростную обработку резанием. Покрытия на основе графита имеют исключительно низкую износостойкость в воде или масле. В данной работе приведены результаты испытаний на износ по широкому диапазону условий.

1 Получение покрытий

Для покрытия на основе MoS₂ использовались три MoS₂ мишени и одна титановая мишень. Сначала тонкий адгезионный слой титана был нанесен на подложку, а затем подложки вращались таким образом, чтобы осаждалось покрытие, состоящее из смеси MoS₂ и титана. MoS₂ - титановый состав покрытия был зарегистрирован как MoST и запатентован [2]. Мощности на титановой и MoS₂ мишенях выбирались так, чтобы получить покрытие с составом титана около 15·. Толщина испытуемого покрытия - 1 мкм. Титановая мишень выключалась в конце процесса, чтобы обеспечить однородный серо-голубой цвет покрытия. Температура во время процесса осаждения не превышала 100ºС.

Процедура получения углеродного покрытия аналогична. В данном случае использовались 3 углеродные мишени и одна хромовая. Сначала осаждался хромовый адгезионный слой, а затем включались остальные мишени. Мощности, выбранные для углеродных и хромовой мишеней выбрались так, чтобы получить покрытие с 20· хрома. Толщина ипытуемого покрытия 2,5 мкм. CrC-C покрытие было зарегистрировано как Graphit-iC и запатентовано [2]. Температура во время процесса осаждения не превышала 250ºС.