Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Вакуумная ионно-плазменная обработка

Формирование нанометрических структур при создании промежуточных и основных слоев в многослойных покрытиях

При формировании покрытий создаваемые структуры являются основным критерием работоспособности покрытий в различных условиях эксплуатации, который должен отражать не только структуру покрытия в целом, но и структуры, возникающие на составляющих ее этапах. Это особенно относится к этапам нанесения промежуточных и основных слоев, так как взаимные диффузионные процессы по границам этих слоев могут существенно изменять их структуру и состав. Как правило, структура наружной поверхности сформированного покрытия является суммарным результатом заключительного этапа формирования промежуточных и основных структурных слоев и отражает все технологические воздействия, осуществленные в процессе его образования. Структура наружной поверхности и ее рельеф состоят из поверхностей нано- и микроуровня, и их формирование начинается с образования наноповерхностей.

Создание многослойного покрытия из четырех функциональных слоев (рис. 7.11), содержащих однокомпонентную промежуточную и двухкомпонентную основную составляющие на основе системы Ti—N, привело к формированию ровного наноструктурного поверхностного слоя. Отдельные включения аномальных конусных кристаллографических образований (АККО) практически не изменяют среднее отклонение неровностей по площади скана, которое составило 21,9 нм, а максимальное отклонение нанорельефа не превышает 20 нм. За время формирования данного покрытия (64 мин) в структуре поверхностного слоя наблюдается образование только поверхностного дефекта типа АККО, который хорошо заметен в виде темных и светлых пятен на структурной фотографии поверхности при 500-кратном увеличении (рис. 7.12).

Зависимость роста числа дефектов типа АККО от увеличения числа функциональных слоев вследствие уменьшения времени формирования промежуточных и основных слоев связана с тем, что при увеличении числа функциональных слоев для данной композиции возрастает суммарная пограничная поверхность между промежуточным и основным слоем, на котором происходит зарождение центров АККО. Данная композиция является по сути однокомпонентной по металлической основе Ti, поэтому необходим переход к двухкомпонентной металлической основе Ti—А1, позволяющей сократить образование центров АККО.

Л1. Наноструктура поверхности образца из стали 30ХГСА после нанесения многослойного покрытия Ti (4 мин) + TiN (12 мин) (4 цикла, система Ti—N

Р и с. 7 Л1. Наноструктура поверхности образца из стали 30ХГСА после нанесения многослойного покрытия Ti (4 мин) + TiN (12 мин) (4 цикла, система Ti—N,

(Sa = 21,9 нм):

а-скан поверхности 1,98 х 1,98 мкм; б- 3d изображение скана в масштабе 1:1; в-профиль поверхности по диагонали

При нанесении покрытий из четырех функциональных слоев, содержащих двухкомпонентную промежуточную и трехкомпонентную основную составляющую на основе системы Ti—А1—N, образуется рельефная наноструктурная поверхность (среднее отклонение неровностей по площади скана 30 нм, максимальное отклонение нанорельефа 60 нм). Увеличение числа промежуточных и основных слоев способствует нарушению механизма образования АККО, и их число в структуре покрытия значительно сокращается (рис. 7.13).

Структура поверхности образца стали ЗОХГСА до и после нанесения многослойного покрытия на основе титана (увеличение х 500)

Рис. 7.12. Структура поверхности образца стали ЗОХГСА до и после нанесения многослойного покрытия на основе титана (увеличение х 500): а — исходное состояние поверхности; б — поверхность после нанесения многослойного покрытия Ti (4 мин) + TiN (12 мин) (4 цикла); в — поверхность после нанесения многослойного покрытия Ti (1 мин) + TiN (1 мин) (8 циклов) + Ti (1 мин) + TiN (3 мин)

(12 циклов)

Структура поверхности многослойного двухкомпонентного покрытия Ti—А1 (1 мин) + Ti-Al-N (1 мин) (8 циклов) + Ti-Al (1 мин) + Ti-Al-N (3 мин) (12 циклов) на стали ЗОХГСА с АККО при увеличении

Рис. 7.13. Структура поверхности многослойного двухкомпонентного покрытия Ti—А1 (1 мин) + Ti-Al-N (1 мин) (8 циклов) + Ti-Al (1 мин) + Ti-Al-N (3 мин) (12 циклов) на стали ЗОХГСА с АККО при увеличении: а- х 3000; б-х 9000

Таким образом, при ВИП-обработке необходимо учитывать закономерности структурного строения и влияние параметров технологических воздействий, с целью получения необходимого комплекса эксплуатационных свойств, формирующих структуры и свойства покрытий различного класса: о структурное строение покрытий, заключающееся в том, что любой формируемый слой покрытия имеет в своей основе две поверхности — внутреннюю и наружную, т.е. структура покрытий, формируемых на поверхности конструкционных металлических материалов, имеет на любом временном отрезке формирования внутреннюю поверхность, располагающуюся по границе металл—покрытие, и наружную по границе покры- тие-внешняя среда. На формирование внутренней поверхности большое влияние оказывает структурное состояние исходной обрабатываемой поверхности, а наружная поверхность формируется под влиянием структуры образовавшегося покрытия и дефектов потока активной плазмы наносимого покрытия;

о рельеф поверхностного слоя создаваемого покрытия полностью повторяет нанорельеф исходной поверхности, но добавляет в него структурные дефекты роста покрытий в виде АККО капельной фракции потока металлической плазмы;

о для уменьшения дефектов в покрытии необходимо осуществлять процесс создания многослойных покрытий, чередуя промежуточные и основные слои в соотношении 1 : 4.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

/. В чем выражается влияние подложки на формирование дефектов осаждаемого поверхностного слоя?

  • 2. Раскройте структурное строение поверхностных слоев осаждаемых покрытий.
  • 3. Как формируются нанометрические структуры по границе металл-покрытие?
  • 4. Опишите структуру нанометрических промежуточных и основных слоев.

ПРИЛОЖЕНИЕ

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы