УДК 621.793
DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-2-68-78
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Многообразие различных видов поверхностной повреждаемости материалов в условиях эксплуатации машин и механизмов актуализируют фундаментальные и прикладные исследования по созданию новых износостойких материалов. Совершенствование наноструктурных топокомпозитов за счёт создания дополнительных локально-диссипативных структурных элементов является наиболее перспективным направлением создания нового типа наноструктурных топокомпозитов с кластерно-градиентной архитектурой. Используемые методы. Использовалась усовершенствованная установка, позволяющая осуществлять ионно-плазменную и ионно-лучевую обработку в условиях дискретного и изменяющегося фронта наращивания. Новизна. Проведены исследования эволюции строения покрытий в зависимости от условий ионно-вакуумной обработки. Установлены эффекты «расслоения» кластерной фазы и текстурирования конденсированной фазы при ионно-плазменном напылении. Проведена апробация технологических решений, сочетающих селективную ионную обработку, ионное ассистирование и напыление покрытия для формирования требуемого строения поверхности топокомпозитов. Исследовано изменение фазового состава покрытия по глубине. Результат. Установлено, что при комбинированной ионно-вакуумной обработке происходит образование в области границы раздела «покрытие-основа» оксинитридов титана. Приведены результаты исследований формирования наноструктурных топокомпозитов с кластерно-градиентной архитектурой. Практическая значимость. Показано, что наличие данных фаз, наряду с кластерной морфологией топокомпозитов, является положительным фактором, способствующим повышению износостойкости в жестких условиях температурно-скоростного нагружения при резании труднообрабатываемого никелевого сплава.
Ключевые слова
Ионно-плазменная обработка, ионно-лучевая обработка, наноструктурные топокомпозиты с кластерно-градиентной архитектурой, кластерная фаза, нанокластерная морфология.
Для цитирования
Формирование наноструктурных топокомпозитов с кластерно-градиентной архитектурой комбинированной ионно-вакуумной обработкой / Полещенко К.Н., Коротаев Д.Н., Ерёмин Е.Н., Несов С.Н., Тарасов Е.Е., Теплоухов А.А., Семенюк Н.А., Иванова Е.В., Ласица А.М., Иванов А.Л. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т.19. №2. С. 68–78. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2021-19-2-68-78
1. Grigoriev S.N., Vereschaka A.A., Vereschaka, A.S., Kutin A.A. Cutting tools made of layered composite ceramics with nano-scale multilayered coatings. Procedia CIRP. 2012. Vol. 1. P. 318–323.
2. Vereshchaka A.S., Karpuschewski B., Dubner L. Development of the method of obtaining nanostructured functional coatings. Proceedings of the Intern. Scient. Conf. “Production. Technology”. 2008. Vol.1. P. 62.
3. Smith I.J., Muenz W.D., Donohue L.A., Petrov I., Greene J.E. Improved Ti1–xAlxN PVD coatings for dry high speed cutting operations. Surf Eng. 1998. Vol. 14 (1). P. 37–41.
4. Blinkov I.V., Volkhonskii A.O., Anikin V.N., Petrzhik M.I., Derevtsova D.E. Phase Composition and Properties of Wear Resistant Ti–Al–Cr–Zr–Nb–N Coatings Manufactured by the Arc Physical Deposition Method // Inorganic Materials: Applied Research. 2011. Vol. 2. №. 3. P. 285–291.
5. Volkhonskii A.O., Blinkov I.V., Elyutin A.V., Podstyazhonok O.B. High-performance wear-resistant ion-plasma coatings based on five-component nitrides for a hard-alloy cutting tool operating under constant loads // Metallurgist. 2010. Vol. 54. P. 374–377.
6. Blinkov I.V., Volkhonsky A.O., Podstyazhonok O.B. Structure and properties of multilayer coatings deposited with PVD-arc technology // Surface engineering. 2011. No 2. P. 57–63.
7. Upadhyay R., Brossard N., Chen C.H. Mechanisms underlying astringency: introduction to an oral tribology approach // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. Vol. 49. Р. 104003.
8. Разработка и получение наноструктурных топокомпозитов / Гринберг П.Б., Коротаев Д.Н., Полещенко К.Н., Суриков В.И. // Вестник СибАДИ. 2015. № 3(43). С.39–45.
9. Метод получения наноструктурированных топоком-позитов для повышения несущей способности конструктивных элементов энергооборудования / Гринберг П.Б., Полещенко К.Н., Горюнов В.Н., Тарасов Е.Е. // Вестник Омского университета. 2012. № 2. С. 253–258.
10. Полещенко К.Н., Коротаев Д.Н., Тарасов Е.Е. Структурно-морфологические особенности нано-структурных топокомпозитных покрытий трибо-технического назначения // Вестник СибАДИ. 2016. №. 4(50). С.126–132.
11. Korotaev D.N., Tarasov E.E., Poleschenko K.N., Eremin E.N., Ivanova E.V. Formation of wear resistant nanostructural topocomposite coatings on metal materials by ionic-plasma processing // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1050(1). P. 012037.
12. Grinberg P.B., Poleschenko K.N., Korotaev D.N., Orlov P.V., Vershinin G.A., Tarasov E.E., Ivanova E.V. Receiving nanostructural topocomposite coatings in terms of the cascade cross effect // Journal of Physics: Conf. Series. 2019. Vol. 1210. P. 012054.
13. Влияние кластерно-градиентной архитектуры наноструктурных топокомпозитов на особенности трибовзаимодействия с гетерофазным материалом / Коротаев Д.Н., Полещенко К.Н., Еремин Е.Н., Тарасов Е.Е. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16, № 3 (183). С. 130–135.
14. Моисеенко Д.Д., Максимов П.О. Эффект «шахматной доски» и формирование спиральных мезоструктур на интерфейсе «поверхностный слой – подложка»: моделирование на основе стохастичес-кого подхода // Физическая мезомеханика. 2005. Т.8, № 6. С.89–96.
15. Vereschaka A.S., Vereschaka A.A., Kirillov A.K. Ecologically friendly dry machining by cutting tool from layered composition ceramic with nano-scale multilayered coatings. Key Eng. Materials. 2012. Vol. 496. P. 67–76.
16. Veprek S., Argon A.S. Mechanical properties of super hard nanocomposites. Surf. Coat. Technol. 2001. P. 175–182.
17. Панин В.Е., Панин А.В. Эффект поверхностного слоя в деформируемом твёрдом теле // Физическая мезомеханика. 2005. Т.8, № 5. С. 7–15.
18. Эффект «шахматной доски» в распределении напряжений и деформаций на интерфейсах в нагруженном теле: экспериментальная верификация и механизмы мезоскопического каналирования / Панин В.Е., Панин А.В., Елсукова Т.Ф., Кузина О.В. // Физическая мезомеханика. 2005 Т.8, № 6. С.97–105.
19. Иванова В.С., Буше Н.А., Гершман И.С. Струк-турная приспосабливаемость при трении как процесс самоорганизации // Трение и износ. 1997. Т. 18, № 1. С. 74–79.
20. Ким В.А. Самоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента. Владивосток: Дальнаука, 2001. 203 с.
21. Бершадский Л.И. Структурная термодинамика трибосистем. Киев: Знание, 1990. 253 с.
22. Мигранов М.Ш., Шустер Л.Ш. Интенсификация процесса металлообработки на основе использования эффекта самоорганизации при трении. М.: Машиностроение, 2005. 202 с.
23. Эффект дальнодействия при формировании наноструктурных топокомпозитов под воздействием комбинированных ионно-плазменных потоков / Коротаев Д.Н., Полещенко К.Н., Еремин Е.Н., Орлов П.В., Вершинин Г.А., Тарасов Е.Е. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16. № 4 (184). С. 187–192.