Структурные особенности формирования покрытий на основе молибдена

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Структурные особенности формирования покрытий на основе молибдена

Федоров П.Г.,

Григорьев А.С.,

Крылова С.Е.,

канд. техн. наук, доцент

Оренбургский государственный университет

Известны многочисленные методы нанесения покрытий, наиболее оптимальным из которых выбран метод КИБ (конденсация и ионная бомбардировка), относящийся к методам физического осаждения покрытий. Наиболее характерной особенностью покрытий, получаемых этим методом, является отсутствие переходной зоны между покрытием и инструментальным материалом, что даёт возможность получать комплекс свойств на рабочих поверхностях инструмента, не ухудшая характеристик основы инструмента.

Молибденовые покрытия имеют хорошую адгезию с алюминием, железом, никелем и их сплавами. При температуре около 500 °С на воздухе молибден начинает испаряться, а при температуре 700 °С испарение переходит в энергично протекающую возгонку. В связи с этим рабочая температура молибденовых покрытий ограничивается температурой 400 °С. Молибден обладает высокой химической стойкостью к действию серной, соляной, фосфорной и других кислот. При достаточной толщине и непроницаемости, эти покрытия также стойки к расплавам многих солей жидкого металлического натрия. Молибденовые покрытия отличаются высокой твердостью (400…900 HV). Однако самым важным свойством является хорошая прирабатываемость и стойкость к образованию задиров, что объясняется химическим сродством к сере и способностью образовывать с содержащейся в смазке серой дисульфид молибдена, обладающий свойствами сухой смазки. Учитывая вышеуказанные характеристики, тонкие молибденовые покрытия применяют, как самостоятельный способ подготовки поверхности для повышения износостойкости шеек осей и валов машин особо ответственного назначения, а также в качестве защиты от абразивного износа лопастей вентиляторов, подверженных эрозионному действию угольной пыли, для ремонта и повышения стойкости штампов.

Целью работы послужило изучение структуры фазового состава и распределения химических элементов в поверхностном слое режущего инструмента, после нанесения покрытия на основе молибдена вакуумно- плазменным методом.

Вакуумный пост ВУП-1 предназначен для нанесения на подложку тонких металлических и углеродных пленок в вакууме. Высокий вакуум в рабочем объеме создают с помощью паромасляного диффузионного насоса. Для предварительной откачки вакуумной системы служит механический форвакуумный пластинчато-роторный насос. С целью предотвращения попадания в рабочий объем паров масла из диффузионного насоса на впускной фланец последнего установлена азотная ловушка (металлическая емкость, в которую заливается жидкий азот). Измерение давления в рабочем объеме осуществляют с помощью двух манометрических ламп - термопарной (форвакуум) и ионизационной (высокий 680 вакуум). Вакуумная система поста ВУП-1 уверенно обеспечивает создание вакуума в рабочем объеме до 10-5 мм. рт. ст.

Структура покрытия полученного в данных условия представлена на рисунке 1. Микроструктурные исследования выполняли методом электронной растровой микроскопии на приборе JEOL - 6000 NeoScope с использованием энергодисперсионного рентгеновского анализатора (EX - 54400T1L11).

Рисунок 1- Микроструктура покрытия на основе молибдена

Рисунок 2- - Микрорентгенноспектральный анализ поверхностного слоя покрытия

Таблица 1- Химический состав спектра 001 в % по массе

Таблица 2- Химический состав спектра 003 в % по массе

Структурные исследования поверхности полученного покрытия показали, что в исследуемом объекте наблюдается сложное трехфазное строение. Металлическая основа представляет собой смесь двух твердых растворов на основе железа (феррита и аустенита), в которых зафиксирован различный состав легирующих элементов (спектр 001), и обособленную карбидную фазу (спектр 003) на основе карбида молибдена Mo₂C.

В спектре 001, являющимся участком металлической основы покрытия, растворены легирующие элементы следующего состава: C- 58.21%; N- 1.58%; Ti- 0.38%; Co- 4.54%; Mo- 34.65%. Спектральный химический анализ указанной области показывает, что молибден находится не только в виде обособленных включений карбидов, часть его, до 35%, растворена в металлической основе, что обуславливает равномерное повышение конструкционной прочности покрытия в целом.

Техника реализации и сущность метода рентгеноспектрального анализа предусматривает определение полного спектра химических элементов в выделенном объеме сплава, однако точный фазовый состав при этом остается неизвестным. Результаты рентгеноструктурных исследований представлены на рисунках 3, 4.

Рисунок 3- Рентгенограмма покрытия на сталях в интервале углов 2и° от 0 до 70 градусов

Рисунок 4 - Рентгенограмма покрытия на стали в интервале углов 2и° от 70 до 120 градусов

Для выявления качественного фазового состава полученного покрытия использовали рентгеновский минидифрактометр МД-3. Результаты расшифровки рентгенограмм представлены в виде сводной таблицы 3.

Таблица 3- Кристаллографические характеристики, идентифицированных в покрытии фаз

Качественный фазовый рентгеноструктурный анализ позволил установить тип карбидных соединений полученного покрытия, а также кристаллографические характеристики и параметры кристаллической решетки отдельных фаз. Так в матрице сплава на железной основе равномерно распределены специальные карбиды типа , VC, наряду с которыми в качестве атомов внедрения в кристаллической решетке основы покрытия присутствуют атомы Zr и Ti, а также сложные карбидные и интерметаллидные соединения на основе Со, типа CoTi и СоС₂. Подобное сложное строение покрытия на основе карбида молибдена Mo₂C позволило получить твердость поверхности в пределах 10,5 - 11,2 ГПа.

ионная бомбардировка молибден покрытие инструмент

Список литературы

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

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

Размещено на Allbest.ru