Реферат: Моделирование процесса модификации физических свойств покрытия tin при бомбардировке потоком ионов al

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МОДИФИКАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЯ TiN ПРИ БОМБАРДИРОВКЕ ПОТОКОМ ИОНОВ Al+ И B+


Букрина Н.В., Князева А.Г., Сергеев В.П.

Томск, Россия


С целью повышения износостойкости материала широкое применение получили покрытия на основе нитрида титана (TiN) со средним размером зерен 10-100 нм и менее. Вследствие значительного увеличения объемной доли межзеренных границ такие покрытия имеют высокую твердость, износо- и окислительную стойкость и, одновременно, высокий коэффициент упругого восстановления, низкий коэффициент трения. Эффективным способом направленного изменения структуры и состава покрытия является бомбардировка пучками ионов высокой энергии после осаждения покрытия. При этом возникает высокий градиент концентрации легирующих элементов в поверхностном слое покрытия, что приводит к значительному диффузионному перераспределению элементов по толщине покрытия.

Экспериментальные исследования структуры покрытия после обработки не дают полного представления о том, какие процессы привели к образованию той или иной структуры. В этом случае помощь может оказать математическое моделирование. Моделирование технологического процесса необходимо и с целью дальнейшей оптимизации технологии, выбора технологических параметров. В настоящей работе предложена и исследуется математическая модель процесса модификации поверхностного слоя покрытия комбинированным потоком ионов.

В модели учитывается образование химических соединений, возникающих в результате обработки поверхности ионами Al+ и B+, процессы диффузии, теплопроводности. Система химических реакций записана в соответствии с данными экспериментальных исследований о химической и фазовой структуре покрытий, полученных в результате обработки, и с использованием диаграмм состояния. Кинетические уравнения, записанные на основе схемы реакций с помощью закона действующих масс, содержат параметры (константы скорости, энергии активации, теплоты реакций), которые требуют специальной оценки. В модели учтено различие характерных масштабов процессов диффузии и теплопроводности; нагрев покрытия за счет потери энергии ионами; их проникновение вглубь покрытия. Учтена возможность изменения воздействия внешнего источника на покрытие, что существенно влияет на результат.

Сформулированная задача решается численно. В результате решения задачи находятся распределения элементов и фаз в покрытии в различные моменты времени и к окончанию процесса обработки для различных параметров, характеризующих технологию.

Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ, грант № 0508-33412_а.