Структурные особенности формирования покрытий на основе нитрида титана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурные особенности формирования покрытий на основе нитрида титана

Одна из наиболее серьезных проблем технологического процесса состоит необходимость обеспечивать постоянное соответствие между свойствами новых материалов, применяемых в машиностроении, и всё более жёсткими условиями их работ. Чаще всего наиболее слабым элементом в системе «материал - рабочая среда», определяющим допустимые условия эксплуатации и ресурс всей системы, является поверхность материала. Необходимость применения покрытий для материалов, работающих в различных условиях, вытекает из невозможности соответствующего улучшения эксплуатационных характеристик узлов и деталей даже в случае использования новых конструкционных материалов с улученным комплексом физических, механических и металлургических свойств. Выбор конкретной системы определяется балансом результатов и затрат, т.е. соотношением между улучшением эксплуатационных характеристик детали и стоимостью нанесения соответствующего покрытия.

Одним из самых распространенных покрытий рабочего инструмента является покрытие на основе TiN. Покрытие нитрида титана универсальное износостойкое, имеет твердость в пределах 24-28 ГПа, коэффициент трения по стали - 0,4-0,5, как правило, золотистого цвета. Хотя, при применении в процессе обработки, благодаря различному сочетанию реактивных газов (азота, кислорода, углекислого газа), можно добиться практически любого цветового оттенка поверхности. Покрытия типа TiN применяют для создания износостойких покрытий металлорежущего инструмента. Преимущества: высокая твердость, химическая стойкость.

Целью работы послужило изучение структуры, фазового состава и распределения микромеханических свойств поверхностного слоя нержавеющих сталей после нанесения покрытия TiN методом термической диффузии. Материалом для исследования послужил опытный образец нержавеющей стали 08Х18Н10 после нанесения покрытия на установке ионно-плазменного напыления (технология PVD). Структура поверхности покрытия, полученного в указанных условиях, представлена на рисунке 1. Микроструктурные исследования выполняли методом электронной растровой микроскопии с использованием энергодисперсионного рентгеновского анализатора JEOL - 6000 NeoScope (EX - 54400T1L11). Результаты рентгеноструктурных исследований представлены на рисунке 1, таблицах 1, 2. Структурные исследования поверхности полученного покрытия показали, что в исследуемом объекте наблюдается сложное двухфазное строение. В спектре 001, являющимся участком металлической основы покрытия растворены легирующие элементы следующего состава: Mn - 0.42%, V- 0.54%, Ti - 88.38%, N - 8.11%, идентифицируемые, как сложные карбидные включения типа TiC. Полученное покрытие имеет мелкозернистую структуру с равномерно распределенными мелкими карбидами и характеризуется следующими свойствами: плотность 5.44 г/см3 , температура плавления 2930 °С, твердость 24-28 ГПа, модуль Юнга 25600 кг/мм2 , коэффициент литейного теплового расширения 9.35·10-6 К (25-1100 °С).

Рисунок 1. Микрорентгеноспектральный анализ поверхностного слоя покрытия

Таблица 1 - химический состав спектра 005, в % по массе

Таблица 2 - химический состав спектра 001, в % по массе

Техника реализации и сущность метода микрорентгеноспектрального анализа методом электронной микроскопии предусматривает определение полного спектра химических элементов в выделенном объеме сплава, однако точный фазовый состав при этом остается неизвестным. Для выявления качественного фазового состава полученного покрытия использовали рентгеновский минидифрактометр МД-10, рисунок 2,3, таблица 3.

Качественный фазовый рентгеноструктурный анализ позволил установить тип карбидных соединений полученного покрытия. Так, в матрице сплава на железной основе, равномерно распределены специальные карбиды и нитриды TiC, TiN, позволившие получить твердость поверхности в пределах 24 - 28 ГПа.

Рисунок 2 - рентгенограмма покрытия TiN на стали 08Х18Н10 в интервале углов 2O от 0 до 70 град.

Таблица 3. кристаллографические характеристики идентифицированных в покрытии фаз

Рисунок 3 - рентгенограмма покрытия TiN на стали 08Х18Н10 в интервале углов 2O от 70 до 120 град.

С учетом вышеуказанных особенностей метода, проведенные структурные исследования свидетельствуют, что полученное комплексно-легированное покрытие TiN на нержавеющей сталь марки 08Х18Н10 обеспечивает необходимый комплекс свойств на рабочих поверхностях инструмента, не ухудшая характеристик основного металла

Список литературы

металлургический покрытие титан

1.Завьялов В.А., Курноскин И.А., Плесовских А.Ю., Крылова С.Е., канд.техн.наук, доцент,Оплеснин С.П., Шурупов А.Ю., Структурные особенности формирования покрытий на основе хрома[электронный ресурс] / Научные и методические аспекты Аэрокосмического образования, Оренбург / Оренбургский гос.ун-т. - Электрон. дан. - секция 2.

2. Григорьев С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учебник для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 2011. - 368 с. - ISBN 978-5-94275-591-1.

3. Бондарь А.В., Смоленцев Е.В. Криогенно-эрозионное упрочнение металлических изделий // Упрочняющие технология и покрытия. 2006. №4. С. 17-22.

Размещено на Allbest.ru