Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Структурные особенности формирования покрытий на основе хрома

Структурные особенности формирования покрытий на основе хрома

Изучение структуры, фазового состава и распределения микромеханических свойств поверхностного слоя коррозионностойких сталей после нанесения покрытия CrN ионно-плазменным методом на опытные образцы стали 40Х после нанесения поверхностного покрытия.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 17.12.2019
Размер файла 1,8 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ХРОМА

Киякин В.С.,

Исмагилов Р.А.,

Кабиров М.М.,

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. Распространенным однослойным износостойким покрытием на инструмент является покрытие на основе нитрида типа CrN. Данное покрытие имеет серебристый цвет, обладает высокой пластичностью и трибологическими свойствами, такими как, твердость не более 11 ГПа, коэффициент трения по стали - 0,3. Покрытия типа CrN применяют для снижения налипания материала заготовки на режущий инструмент, штампы, пресс-формы и детали машин. Низкая температура нанесения (около 200°С) обеспечивает сохранение твердости основного материала.

Целью работы послужило изучение структуры, фазового состава и распределения микромеханических свойств поверхностного слоя коррозионностойких сталей после нанесения покрытия CrN ионно-плазменным методом. Материалом для исследования послужили опытные образцы стали 40Х после нанесения поверхностного покрытия ионно-плазменным методом на установке ВУП - 1.

Микроструктурные исследования выполняли методом электронной растровой микроскопии с использованием энергодисперсионного рентгеновского анализатора JEOL - 6000 NeoScope (EX - 54400T1L11). Структура поверхности покрытия, полученного в указанных условиях представлена на рисунке 1, в таблице 1,2.

Структурные исследования поверхности полученного покрытия показали, что в изучаемом объекте наблюдается сложное трехфазное строение. В спектре 003, являющимся областью металлической основы покрытия, растворены легирующие элементы следующего состава: Cr - 54,61 % , V - 0,95 %, Ti - 5,22 % , идентифицируемые, как сложные карбидные включения, состав которых определялся отдельно, спектр 001. Наличие алюминия в спектре, взятом с металлической основы свидетельствует, что при нанесении покрытия данного типа использовалась подложка типа Al2O3.

а

б

в

г

а, б - фото микроструктуры, в, г - спектры, взятые с отдельных фаз

Рисунок 1 - Микрорентгеноспектральный анализ поверхностного слоя покрытия

Таблица 1 - Химический состав спектра 001, в % по массе

B

C

N

O

Al

Si

S

Cr

Mn

Fe

2,44

3,11

0,62

4,32

26,6

0,07

0,77

48,14

1,14

2,51

Таблица 2 - Химический состав спектра 003, в % по массе

B

C

N

O

Al

Ti

Cr

Mn

Fe

V

1,52

8,92

1,38

2,49

21,50

5,22

54,61

1,28

1,34

0,95

Электронномикроскопические исследования позволили установить наличие отдельных химических элементов в составе покрытия, однако тип соединений и кристаллографические характеристики структуры при этом не установлены, для чего, на следующем этапе исследования, применяли фазовый рентгенографический анализ, позволяющий установить качественный и количественный состав отдельных фаз в изучаемой системе покрытия. Для выявления качественного фазового состава полученного покрытия использовали рентгеновский минидифрактометр МД-10. Результаты рентгеноструктурных исследований представлены на рисунках 2, 3 и в таблицах 3, 4.

Рисунок 2 - Рентгенограмма покрытия CrN на стали 40Х в интервале углов 2и° от 0 до 70 град.

Рисунок 3 - Рентгенограмма покрытия CrN на стали 40Х в интервале углов 2и° от

Таблица 3 - Кристаллографические характеристики идентифицированных в интервале углов 2и° от 0 до 70 град.

Пик

d

HKL

Фаза

1

0,495

111

2

3,79

102

3

2,223

101

4

1,971

211

5

1,88

200

Таблица 4 - Кристаллографические характеристики идентифицированных
в интервале углов 2и° от 70 до 120 град.

Пик

d

HKL

Фаза

1

0,970

311

TiN

2

0,946

-

3

0,952

331

CrN

4

0,89

411

Качественный фазовый рентгеноструктурный анализ позволил устано-
вить тип карбидных соединений полученного покрытия. Так, в матрице сплава на железной основе равномерно распределены специальные карбиды типа Fe3C, В4C, V2C, позволившие получить твердость поверхности в пределах 10,5 - 11,2 ГПа. Тенденция изменения микротвердости по поверхности полученного покрытия представлена на рисунке 4.

Данные распределения микротвердости по поверхности стали с покрытием типа CrN показывают, что экспериментальные значения микротвердости согласуются со справочными литературными данными и результатами подобных исследований в данной области. Однако из графика (рисунок 4) видно, что к центральной части изделия с покрытием наблюдается некоторое занижение микромеханических свойств, обусловленное конструктивными особенностями установки ВУП-1, отсутствием вращения и подогрева подложки в процессе осаждения покрытия, что учтено и успешно минимизировано в более совершенных устройствах PVD.

Рисунок 4 -Распределение твердости по поверхности покрытия

С учетом вышеуказанных особенностей метода, проведенные структурные исследования свидетельствуют, что полученное комплексно-легированное покрытие имеет мелкозернистую структуру с равномерно распределенными мелкими карбидами и характеризуется следующими свойствами: плотность 6.12 г/с, температура плавления 1050 ? С, твердость 11ГПа, модуль Юнга 400 кH/м, коэффициент термического расширения 2.3·1 К-1, что позволяет применять его в качестве рабочего слоя при изготовлении и упрочнении трубных изделий.

коррозия сталь покрытие хром

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

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены