Формирование наноструктурированных Ti-Al-C-N покрытий с оптимальными физико-механическими свойствами : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Ф. Ф. Комаров

Abstract

Объектом исследования являлись наноструктурированные пленки Ti-Al-C-N, сформированные методом реактивного магнетронного распыления в различных технологических режимах. Цель работы – разработка физических основ и технологических принципов контролируемого реактивного магнетронного распыления для формирования наноструктурированных покрытий Ti-Al-C-N с оптимальными оптическими, электрофизическими и механическими свойствами. Исследование основывается на использовании методов растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного рентгеновского анализа, рентгеноструктурного анализа и регистрации комбинационного рассеяния света для определения состава и выявления структурных особенностей Ti Al C N покрытий. Поверхностное и удельное сопротивление измерялись четырехзондовым методом, оптические свойства пленок изучались с помощью системы спектрофотометрического контроля. В результате проведения исследований изучены и оптимизированы процессы контролируемого реактивного магнетронного осаждения и разработаны физико-технологические режимы для формирования наноструктурированных покрытий Ti Al C N, изучены морфология и структурные особенности сформированных покрытий Ti Al C N, исследованы оптические, электрофизические и трибомеханические свойства Ti Al C N пленок. Обнаружено, что технологические режимы реактивного магнетронного распыления (потенциал смещения и нагрев подложки во время осаждения) оказывают значительное влияние на морфологию, структуру, химический и фазовый состав покрытий Ti Al C N. Установлено, что Ti Al C N покрытия толщиной 1000-1320 нм имеют столбчатую структуру, являются проводящими с поверхностным сопротивлением не более 13,69 Ом/. Исследования оптических характеристик покрытий Ti Al C N выявили, что при повышении температуры подложки во время осаждения коэффициент поглощения сформированной пленки растет. Наибольший коэффициент поглощения (~ 85 %) соответствуют покрытию Ti Al C N, сформированному при Т = 440 °С и Uсм = -200 В. Исследования механических характеристик покрытий показали, что наименьший коэффициент трения (в 2,5 раза меньше, чем у стали 12Х18Н10Т) соответствует покрытию Ti Al C N, сформированному при Т = 440 °C и Uсм = -90 В; наименьший объемный износ (135681 мкм3) и глубина канавки износа (2,17 мкм) соответствуют покрытию Ti Al C N, сформированному при Uсм = 90 В и Т = 220 °C; наибольшее значение твердости (11,69 ГПа) соответствует покрытию Ti Al C N, сформированному при Uсм = 200 В и Т = 340 °C. Полученные в результате научно-исследовательской работы данные представляют интерес с точки зрения науки и производства. Ti Al C N покрытия могут найти широкое применение в сферах: машиностроения и металлообработки, космической и авиационной технике, медицинском оборудовании, атомной и солнечной энергетике и в других областях, нуждающихся в покрытиях с уникальными физическими свойствами. Результаты, полученные при выполнении данной работы, могут быть использованы в том числе и на производственных предприятиях Республики Беларусь, таких как «Пеленг», «МАЗ», «МТЗ», «Минский часовой завод» и др.