Реферат: Удк 620. 22-419(06) Конструкционные и композиционные наноматериалы

УДК 620.22-419(06) Конструкционные и композиционные наноматериалы

И.Ю. Ягубова, А.С. Рогачев, А.Э. Григорян,

М.И. Петржик1, П.А. Цыганков2

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН,
Черноголовка

1Московский государственный институт стали и сплавов

(технический университет)

2Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана


ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ,

СОСТОЯЩИХ ИЗ МНОГОСЛОЙНЫХ Ti-Al НАНОПЛЕНОК


Настоящая работа посвящена изучению адгезионной прочности, механических свойств многослойных покрытий, полученных при помощи метода магнетронного напыления в различной атмосфере и состоящих из чередующихся слоев титана и алюминия. Для аттестации образцов были использованы следующие методы: РСА, РЭМ, наноидентирование и измерительное царапанье. Экспериментальные результаты показывают, что данные многослойные нанопокрытия на основе Ti-Al обладают относительно высокой твердостью и модулем упругости, что позволяет рассматривать их в дальнейшем как перспективные материалы для покрытий.


Многослойные материалы вследствие значительного увеличения межслойных и межзеренных границ имеют высокую твердость, износостойкость, высокий коэффициент упругого восстановления.

Целью работы являлось изучение структуры и свойств Ti-Al покрытий, получаемых при отжиге многослойных наноразмерных пленок в различной атмосфере. Отжиг полученных многослойных покрытий в различной среде, отличающейся по элементному составу от покрытий, позволяет синтезировать материал с изменяющимся по глубине структурно фазовым составом. Нижний слой таких покрытий имеет хорошее сопряжение с подложкой, верхний обеспечивает функциональные характеристики покрытий.

Объектами исследования в данной работе являются покрытия системы Ti-Al с различной толщиной от 1,5 до 0,8 мкм. Тонкие пленки Ti и Al поочерёдно наносились на охлаждаемую подложку методом магнетронного напыления [1]. Толщина единичного слоя составляла приблизительно 25 нм. Полученное покрытие отжигалось при различной температуре в вакууме или атмосфере азота.

Рентгеноструктурный анализ (РСА) исходных образцов показал наличие сильно выраженной текстуры. Вдоль поверхности пленки ориентированы плоскости плотнейшей упаковки (002) Ti и (111) Al [2]. В зависимости от вида обработки образцов образовывались следующие фазы-интерметаллиды, твердые растворы, а так же нитриды Al, Ti и сложные карбиды, например Al2Ti4C2. Исследование многослойных пленок на сканирующем микроскопе показало наличие столбчатой структуры, ориентированной поперек фольги.

Были проведены испытания на определение адгезионной прочности покрытия с подложкой на приборе REVETEST, CSM Instruments, в котором проводят измерительное царапание изучаемой поверхности алмазным конусом при непрерывно нарастающей нагрузке [3]. Все образцы показали достаточно высокую адгезию (критическая нагрузка – 20-75 Н).

Для исследования твердости и модуля упругости покрытия методом измерительного индентирования использовали прецизионный твердомер Nano-Hardness Tester, CSM Instruments. Обработку результатов индентирования проводили по методу Оливера-Фарра [4].

При внедрении индентора в образец создается сложное напряженное состояние, деформация имеет как упругую, так и пластическую составляющую. Благодаря этому возможно получить информацию как о твердости, так и модуле Юнга (Е) и упругом восстановлении R = (hm-hf)/hm, где hm– наибольшая глубина погружения, hf– глубина после снятия нагрузки. Для каждого образца было выполнено по 9 индентирований при нагрузке 2 мН. Значения твердости варьировалось от 9 до 18,7 ГПа, модуля Юнга – 130-236 ГПа, R – 29,1-58,9 %.

Экспериментальные результаты показывают, что данные многослойные нанопокрытия на основе Ti-Al обладают относительно высокой твердостью и модулем упругости, что позволяет рассматривать их в дальнейшем как перспективные материалы для покрытий.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 07-03-00753.


Список литературы


Елистратов Н. Г., Носырев А. Н., Хвесюк В. И., Цыганков П. А., Прикладная физика, 2001, №3, С.8.

Григорян А.Э., Елистратов Н.Г., Ковалев Д.Ю., Мержанов А.Г., Носырев А.Н., Пономарев В.И., Рогачев А.С., Хвесюк В.И., Цыганков П.А. // Доклады РАН, 2001. Т.381. № 3. С.368.

http://www.csm-instruments.com.

Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Mater. Res. -№ 7 -1992 –pp. 1564-1583.






ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 7