Реферат: Физические свойства вакуумно-плазменных покрытий для режущего инструмента

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИЙФАКУЛЬТЕТКАФЕДРА ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛАФизические свойства вакуумно-плазменных                     <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-font-kerning:14.0pt;font-style:normal">покрытий<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-font-kerning:14.0pt">   <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-font-kerning:14.0pt;font-style:normal">для режущего инструмента<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-font-kerning:14.0pt"> 

            Курсоваяработа  студента  3-го курса

Эйзнера А.Б.

Минск 2001 г.

                                                Аннотация.

           В процессеработы режущего инструмента, основная нагрузка приходится на его рабочуюповерхность, что, в конечном счете, приводит к частичному или полному износупоследней. Существует ряд технологических способов обработки рабочейповерхности, направленных на ее упрочнение, наиболее прогрессивным иэффективным из которых является метод нанесения на  поверхность инструмента покрытий из твердыхсоединений.

           В работе рассматриваются основные способынанесения износостойких покрытий на поверхность режущего инструмента;производится обзор  соединений металлов скислородом, азотом и углеродом,  какосновы для защитных покрытий; приводятся некоторые характеристики наиболеечасто используемых в производстве покрытий.

                                                  Оглавление.

1. Введение… 3                                                                                                                           

2.  Трение и износ твердых тел                                                                               … 3                                                                                     

3   Технологические способы обработкиповерхности… 4                                                                                                                    

4. Основные требования к покрытиям … 6…                                                              

5.  Способы нанесения износостойких покрытий … 6…                                                    

6.  Классификация износостойких покрытий длярежущего инструмента… 11                                                                                         

       6.1. Основные положения… 11…                                                                                 

6.2.<span Times New Roman"">  

 Одноэлементные,однослойные  покрытия … 12…                                        

6.2.1<span Times New Roman"">  

 Соединения,используемые в качестве покрытий … 12…               

6.2.2<span Times New Roman"">  

 Характеристикиодноэлементных, однослойных                                   покрытий     13                                                                                                

       6.3.   Многослойные покрытия… 17…                                                                           

7. Вывод… 22                                                                                                                               

   

   

                                              1. Введение.

           Одним инаиболее важным показателем эксплуатации режущего инструмента  является его работоспособность, определяющаясостояние, при котором режущий инструмент выполняет свою работу, имея износрабочих поверхностей, меньший критического значения. Обеспечить максимизацию

работоспособности, значит повысить рост производительности труда, сэкономить дорогостоящийматериал, энергию и трудовые ресурсы.       

          Работоспособность режущего инструмента может быть повышена благодаря такому изменению поверхностных свойствинструментального материала, при котором контактная поверхность инструментабудет наиболее эффективно сопротивляться абразивному, адгезионному,коррозийно-окислительному и др. видам износа как при комнатной, так и приповышенной температурах. Так же инструментальный материал должен обладатьдостаточным запасом прочности при сжатии, изгибе, приложении ударных нагрузок.

          Большинствоинструментальных материалов обладают лишь несколькими из указанных вышесвойств, что резко снижает их область применения. Например, инструменты избыстрорежущей стали обладают относительно невысокой теплостойкостью, средней твердостью, небольшимипрочностью при изгибе и ударной вязкостью; керамические режущие инструментыимеют повышенную твердость, износостойкость и высокую теплопроводность, но имприсущи низкая ударная вязкость и повышенная хрупкость.

                                    2. Трение и износ твердых тел.

           Внешнеетрение твердых тел имеет двойственную (молекулярно-механическую илиадгезионно-деформационную) природу. Контактирование твердых тел вследствиеволнистости и шероховатости их поверхности происходит в отдельных зонахфактического касания. Суммарная плоскость этих зон – площадь касания, впределах нагрузок невелика, это приводит к возникновению в зонах касаниятвердых тел значительных напряжений, нередко приводящих к появлениюповерхностных пластических деформаций.

           Деформирование поверхностных слоевподвижных спряжений, рабочих органов машин и оборудования приводит к ихчастичному или полному изнашиванию.

           Из большегоколичества видов износа можно выделить основные:

-<span Times New Roman"">         

-     молекулярный (адгезионный) аэро-  и гидроабразивный, коррозийный

           АКУизнос широко распространен в подвижных спряжениях, хороше защищенных отпроникновения в них абразивы. Объясняется это тем, что при скольжении,внедрившиеся микронеровности более жесткого тела деформируют поверхностные слоименее жесткого. При этом  деформациясамих микронеровностей значительно меньше и ей можно пренебречь, считаямикронеровности абсолютно жесткими. Деформирование поверхностных слоев менеежесткого тела приводит к уменьшению концентрации легирующих элементов вотдельных микрообъемах деформируемых слоев. Это служит очагом зарождения полостечения, которые возникают в более напряженных областях поверхностных слоев. Вполосах течения при деформировании передвигаются дислокации, что повышает ихконцентрацию у границ пересечения. Взаимодействие дислокаций в этих местахприводит к разрыхлению в них материала и образованию микропор.

            В дальнейшем микропоры сливаясьобразуют  микротрещины, которыеобъединяются в макротрещины. Макротрещины по мере силовых воздействий твердыхтел в процессе трения увеличиваются в размерах и объединяются, приводя кпоявлению части износа.

            При абразивном износе микронеровности более жесткого тела, частицыокружающей среды или продукты износа внедряются в поверхность менее жесткого извзаимодействующих тел, что приводит к его износу. Если внедряютсямикронеровности более жесткого тела в поверхность менее жесткого, то деформируяпоследнюю, они могут вызвать появление стружки. При износе под действием частицокружающей среды или продуктов износа происходит внедрение микронеровностей вменее жесткое тело, а затем износ этими частицами поверхности более жесткоготела.

            Аэро — и гидроизнос происходитв результате воздействия на поверхность материала твердых частиц, движущихся впотоках газа или жидкости.

           Молекулярный(адгезионный) износ – разрушение связей,возникающих в результате межатомных и межмолекулярных взаимодействий.

Эти связи происходят междупленками, покрывающими поверхность твердого тела. Износ происходит, когдафрикционная связь на границе раздела оказывается прочнее, чем нижележащий материал. 

           Коррозийный износ распространен всредах ( в смазочной и рабочей) содержащих коррозийно-активные вещества [1].

     

                      3. Технологические способы обработкиповерхности.

           Существуеттри основные способа  обработки рабочейповерхности инструмента, направленных на повышение ее прочности. 

           Термообработка. Высокую поверхностнуюпрочность обеспечивает изотермическая закалка, а также термомеханическаяобработка поверхности детали.

           Приповерхностной закалке (газопламенная закалка) и химико-термической обработке(цементование) упрочнение обусловлено главным образом возникновением вповерхностном слое остаточных сжимающих напряжений вследствие образованияструктур большего удельного объема (нитриды и карбонитриды при нитроцементациии азотировании), чем структуры основного металла. Расширение поверхностногослоя тормозит сердцевина, сохраняющая исходную перлитную структуру, вследствиечего в поверхностном слое возникают двухслойные напряжения сжатия. В нижнихслоях развиваются реактивные растягивающие напряжения, имеющие малое значение,из-за незначительности сечения термически обработанного слоя сравнительно ссечением сердцевины. Создание предварительных напряжений сжатия снижает  среднее напряжение в области сжатия, темсамым повышается предел выносливости.

            Газоваязакалка повышает предел выносливости по сравнению с исходной конструкцией изнеобработанной стали в 1.85 раза.

            Наиболееэффективным способом обработки является азотирование, которое практическиполностью устраняет внешних концентраторов напряжений. Азотирование не вызываетизменения формы и размеров детали. Азотированный слой обладает повышеннойкоррозие -  и термостойкостью. Твердостьи упрочняющий эффект сохраняются вплоть до температур

500-600 оС.

           Оптимальные толщины слоя уплотнения при цементации 0.4-0.8 мм,цементовании и азотировании 0.3-0.5 мм, закалке с нагревом и газовой закалке2-4 мм.          

            Упрочнение поверхности пластическойдеформацией. Поверхностное пластическое деформирование (ППД) – наклепповерхностного слоя на глубину 0.2-0.8 мм с целью создания в нем остаточногонапряжения сжатия. При наклепе поверхностный слой расплющивается.  Удлинению поверхностного слоя препятствуетсила сцепления с нижележащими слоями металла. Вследствие этого в наклепанномслое возникают двухосные напряжения сжатия, а в толще основного металланезначительные реактивные напряжения растяжения. Складываясь с рабочиминапряжениями растяжения, остаточные напряжения сжатия уменьшают, а придостаточно больших значениях компенсируют первые. Возникающие при наклепемножественные искажения структуры (деформация зерна, местные пластическиесдвиги) эффективно тормозят развитие усталостных повреждений и расширяютобласть существования нераспостроняющихся трещин, увеличение которыхобуславливает существование разрушающих напряжений.

            Эффективеннаклеп в напряженном состоянии, представляющий собой сочетание упрочненияперегрузкой с наклепом. При этом способе деталь нагружают нагрузкой того женапряжения, что и рабочая, вызывая в материале упругие или упругопластические деформации. После снятия нагрузки вповерхностном слое возникают остаточные напряжения сжатия.

            Наклепныйслой чувствителен к нагреву. При температурах 400-500 оС действиенаклепа полностью исчезает, из-за наступающего при этих температурах процессарекристаллизации, устраняющего кристаллоструктурные изменения, внесенныенаклепом.

            Основныеразновидности упрочнение поверхности пластической деформацией:

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

         

           Дробеструйная обработка заключается в наклепе поверхностного слояпотоком закаленных шариков (диаметр 0.5-1.5 мм), создаваемым центробежнымидробеметками. Качество поверхности при данном процессе немного снижается.

           Плоскиеповерхности упрочняют обкатыванием шариками, установленными во вращающемсяпатроне. Заготовке придают движение продольной и поперечной подачи, при правильновыбранном режиме обкатывания, остаточные напряжения сжатия в поверхностном слоесоставляют 600-1000 МПа. Глубина уплотнения слоя 0.2-0.5 мм. Данный процессулучшает качество поверхности детали. Поверхность вращения упрочняютобкатыванием стальными закаленными роликами. Силу прижатия ролика выбирают стаким ращетом, чтобы создать в поверхностном слое напряжения, превышающиепредел текучести материала в условиях всестороннего сжатия (  для стали 5000-6000 МПа).

             Чеканкупроизводят бойками со сферической рабочей поверхностью, приводимыми в колебанияпневматическими устройствами. Частота колебаний и скорость вращения заготовкидолжны быть согласованы таким образом, чтобы наклепанные участки перекрывалидруг друга.

             Алмазноевыглаживание заключается в обработке предварительно шлифованной и полированнойповерхности закругленными алмазными резцами (радиус 2-3 мм). Поверхностный слойуплотняется до глубины 0.3-0.5 мм. Качество поверхности значительно улучшается.  

             Нанесение на рабочую поверхностьинструмента покрытий из твердых соединений. Данный способ является наиболееэффективным и прогрессирующим из выше упомянутых способов, позволяет резкоповысить эксплутационные  качестварежущего инструмента  тем самым,  расширяя его область применения [1].

                            4. Основные требования кпокрытиям.                     

              Кпокрытиям в зависимости от материала и условий эксплуатации режущего инструмента,  предъявляются своего рода технологические требования, которые можно подразделить начетыре категории.

            Во-первых,это условие, учитывающее условия работы инструмента. Покрытие должнообладать:  высокой твердостью,превышающей твердость материала инструмента; устойчивостью к высокотемпературнойкоррозии; отсутствие схватываемости с обрабатываемым материалом во всемдиапазоне температур резания; устойчивостью к разрушению при колебаниитемператур и напряжений; постоянством механических свойств, даже притемпературах, близких к температурам разрушения инструментального материала.

            Во-вторых,это необходимость совместимости свойств материала покрытия со свойствамиматериала инструмента: сродство кристаллохимического строения материалапокрытия и инструмента; оптимальное соотношение материалов покрытия  и инструмента по модулям упругости,коэффициентам Пуассона и линейного расширения, теплопроводности; малаясклонность к образованию хрупких вторичных соединений.

            В-третьих,это требования к технологическим особенностям метода нанесения покрытий:создание в процессе нанесения покрытия на инструмент условий, не оказывающихсущественного влияния на физические и кристаллохимические свойства материалаинструмента.

           В-четвертых, требования, относящиеся к покрытиям в целом: покрытиедолжно быть сплошным и иметь постоянную плотность по всему объему, тем самым,защищая материал инструмента от соприкосновения с обрабатываемым             

материалом и газовой средой; стабильность свойств покрытияво времени; малость колебаний толщины покрытия в процессе работы, позволяющаяне изменять рельеф материала инструмента [5-11].

                       5. Способы нанесенияизносостойких покрытий.

            Процесснанесения покрытия на поверхность режущего инструмента определяется каксвойствами материала покрытия и инструмента, так и спецификой протеканияпроцессов формирования покрытия. Исходя из выше сказанного, все методынанесения покрытий можно разделить на две группы.

            В первуюгруппу входят методы химического осаждения покрытий из парогазовой фазы (ХОП)[11]. Формирование покрытия осуществляется вследствие химических реакций междупарогазовыми смесями, состоящих из соединения металлоносителя и носителявторого компонента, являющегося как газотранспортером, так и восстановителем. Впроцесс формирования покрытия вносят вклад и структура поверхностиинструментального материала, и гетеродиффузионные реакции между конденсатом иматериалом инструмента. Этот метод применяется при нанесении покрытий на основекарбидов, нитридов, карбонитридов титана, оксида алюминия. Метод ХОПреализуется при температурах 1000-1100 оС, этот факт исключаетвозможность нанесения покрытий данным методом на инструменты из быстрорежущихсталей, которые были подвергнуты термической обработке [6].

            Существуетряд недостатков метода ХОП:

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

            Втораягруппа – это методы физического осаждения покрытий (ФОП) [6]. К этим методамотносятся: метод получения тонких пленок распылением материалов ионнойбомбардировкой (РИБ); метод генерации потока <img src="/cache/referats/7870/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1026"> <img src="/cache/referats/7870/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1027">
осаждаемого вещества термическим испарением (МТИ).

            Суть методРИБ состоит в следующем:

1)<span Times New Roman"">     

2)<span Times New Roman"">     

 производя процесс формирования покрытия.

            Данныйметод реализуется при давлениях 1-10 Па и напряжениях 0,3-

 5 кВ. 

            Возможныдва метода ионного распыления: ионно-лучевое и плазмоионное распыление. Приионно-лучевом распылении выбивание атомов мишени происходит под действиембомбардировки ее поверхности ионными лучами определенной энергии (Рис.1). Тутне требуется подача на мишень отрицательного потенциала.

            При плазменном распылении мишень израспыляемого материала находится в сильно ионизированной плазме подотрицательным потенциалом и играет роль катода. Положительные ионы поддействием электрического поля вытягиваются и бомбардируют мишень, вызывая ее распыление.

            Существуютследующие разновидности плазменного распыления: катодное, магнетронное, высокочастотное и в несамостоятельном газовомразряде. 

            Катодное распыление.  Принципиальнаясхема установки приведена на рис. 2. Метод осуществляется следующим образом.

            Вакуумныйобъем, содержащий анод и катод, откачивается до давления 10-4 Па,после чего производится напуск инертного газа (обычно это Ar при давлении 1-10 Па). Для зажиганиятлеющего разряда между катодом и анодом подается высокое напряжение 1-10 кВ.Положительные ионы инертного газа, источником которого является плазма тлеющегоразряда, ускоряются в электрическом поле и бомбардируют катод, вызывая егораспыление. Распыленные атомы попадают на подложку и оседают в виде тонкойпленки.

            Данныйметод распыления может быть осуществлен и по другой схеме – диодной схемераспыления, отличительным признаком которой является то, что при распылениикатод является как источником распыляемого материала, так и источникомэлектронов, поддерживающих разряд, анод также принимает участие в созданиизаряда, одновременно  являясьподложкодержателем.              

           Преимущества метода катодного распыления в следующем:

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

<img src="/cache/referats/7870/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1030"> <img src="/cache/referats/7870/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1029">
возможность получения пленок тугоплавких металлов и сплавов (в том числе имногокомпонентных)

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

            Методимеет недостатки:

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

 

            Магнетронное распыление. Являетсяразновидностью метода нанесения тонких пленок на основе тлеющего разряда.Магнетронные системы ионного распыления относятся к системам распылениядиодного типа, в которых атомы распыляемого материала удаляются с поверхностимишени при ее бомбардировке ионами рабочего газа (обычно Ar), образующимися в плазме аномальноготлеющего разряда.

            Вмагнетронной распылительной системе катод (мишень) помещается в скрещенноеэлектрическое (между катодом и анодом) и магнитное поле, создаваемое магнитнойсистемой. Магнитное поле позволяет локализовать плазму аномального тлеющегоразряда непосредственно у мишени. 

            Сутьметода состоит в следующем (Рис.3), в систему анод-катод подается постоянныйэлектрический ток (2-5 А), который приводит к возникновению между мишенью(отрицательный потенциал) и анодом (положительный или нулевой потенциал)неоднородного электрического поля и возбуждению аномального тлеющего разряда.Электроны, выбитые из катода под действием ионной бомбардировки, подвергаютсявоздействию магнитного поля, возвращающего их на катод, с одной стороны, сдругой – поверхностью мишени, отталкивающей электроны. Это приводит ктому,  что электроны совершают сложноециклическое движение у поверхности катода. При движении электроны многократносталкиваются с атомами аргона, обеспечивая высокую степень ионизации, чтоприводит к возрастанию интенсивности ионной бомбардировки мишени, аследовательно и к возрастанию скорости распыления.

           Преимущества метода:

-<span Times New Roman"">         

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×10-1-10 Па)

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

                 

            Высокочастотное распыление. Данныйметод применяется в том случае, если материалом мишени является диэлектрик. Дляраспыления диэлектрика необходимо периодически нейтрализовать положительныйзаряд на нем. Для этого к металлической пластине, расположенной непосредственноза распыляемой диэлектрической мишенью, прикладывают напряжение с частотой 1-20МГц.

             Плазменное распыление в несамостоятельномразряде. В распылительных системах данного типа горение газового разрядаподдерживается дополнительным источником (магнитное поле, высокочастотноеполе).

           Преимущества метод РИБ:

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

  

            Сущность МТИ состоит в том, что в специальныхиспарителях вещество нагревают до температуры, при которой начинается заметныйпроцесс испарения.

            Всеиспарители отличаются между собой в зависимости от способа нагрева испаряемоговещества: резистивного, индукционного, электродугового  и др.  

            Резистивное испарение. Тут тепловуюэнергию для нагрева вещества получают за счет выделения теплоты при прохождениитока через нагреватель.

            Электродуговое испарение.  Нагрев катода с последующей эмиссиейэлектронов, осуществляется по средствам зажигания в вакуумной камереэлектродуги (Рис.4). Особенностью данного метода является то, что электрическийток, создающий дугу, подается  в цепь,содержащую катод (отрицательный потенциал) и корпус вакуумной камеры(положительный потенциал). Электрическая дуга производит локальный разогрев поверхности катода, в результате чегопоследняя, переходя в жидкостную фазу, и в виде капель распространяется пообъему вакуумной камеры. Капельная фаза приводит к неоднородности химическогосостава покрытия. Для уменьшения брызгового эффекта  производится тщательная предварительнаядегазация катода. 

           Преимущества метода нанесения тонких пленок вакуумным электродуговымметодом:

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

                 

            Основныепреимущества МТИ в следующем:

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

-<span Times New Roman"">         

 

            МетодыФОП, несмотря на некоторые присущие им недостатки (например, невозможностьосаждения покрытий в больших углублениях и сложность нагрева подложки ввакууме), в целом наиболее перспективны для нанесения износостойких покрытий нарежущие инструменты. Связано это, во-первых, с возможностью точногорегулирования технологических процессов и их полной автоматизации. Во-вторых,низкая температура процесса позволяет обрабатывать любые инструментальныематериалы и при этом достигать высокой адгезии покрытия с основой. В-третьих,высокая скорость формирования покрытия. И, наконец, метод ФОП безопасен дляокружающей среды и экономически выгоден [6].   

               6.Классификация износостойких покрытий длярежущего                                                          инструмента.       

                                       6.1.Основные положения.   

            Все элементы Периодическойсистемы подразделяются на группы электронных аналогов, атомы которых имеютаналогичные строения электронных оболочек:

-<span Times New Roman"">         

s-элементы,имеющие полностью заполненные внешние s-оболочки

-<span Times New Roman"">         

d — и f-элементы, имеющиенезаполненные d — и f-оболочки

-<span Times New Roman"">         

sp-элементы,имеющие валентные s,p-электроны (неметаллы)

            Даннойклассификация поясняет деление всех тугоплавких соединений, применяемых вкачестве покрытий, на три группы:

-<span Times New Roman"">         

d — и f-переходными металлами (бориды,карбиды, нитриды)

-<span Times New Roman"">         

d — и f-переходнымиметаллами, а также вырожденными металлами из sp-групп электронных аналогов

-<span Times New Roman"">         

            Наиболеешироко в качестве износостойких покрытий применяются соединениятугоплавких  d-переходных металлов IV-VI Периодической системы элементов с кислородом, углеродом иазотом [5]. Это связано с особенностями их кристаллохимического строения:

-<span Times New Roman"">         

     Во-первых,эти металлы имеют недостаток электронов на внутренних s, p и dорбиталях, и это приводит к тому, что они с достаточной легкостью могутприобретать электроны из любого источника, которым может служить междоузельныеатомы углерода, азота и кислорода.

-<span Times New Roman"">         

     Во-вторых,большинство переходных металлов имеют достаточно большие атомные радиусы и приобразовании соединений с атомами C,Nи Oмогут подчинятся правилу Хэгга, согласно которому отношение радиуса атоманеметалла к радиусу атома металла меньше критического значения 0.59. Длясоединений металлов IVгруппы (Ti,Zr,Hf) достаточно точно выдерживаетсяправило Хэгга, что приводит к образованию простых структур, в которыхпревалирует связь металл-металл, а атомы C,H,O можно рассматривать каквставленные в решетку атомов металла.

-<span Times New Roman"">         

     В-третьих, большинствопереходных металлов имеют широкие области           гомогенности, что позволяет взависимости от содержания кислорода, азота и углерода достаточно сильно изменять физико-механические свойства ихкарбидов, нитридов и оксидов.

-<span Times New Roman"">         

     В-четвертых,переходные металлы и некоторые их соединения, в первую очередь соединения спростой кубической структурой типа NaCl (ZrC,ZrN,TiN,VC,TaC),отличаются очень высокими температурами плавления.

            Соединенияметаллов IV-VIгруппс кислородом, углеродом и азотом можно рассматривать и как наиболее устойчивый(в термодинамическом отношении) материал для покрытий, способный противостоятьтвердо- и жидкофазным диффузионным реакциям, коррозии и окислению при высокихтемпературах. Ниже будет показано, что свойства соединений тугоплавких металловс О,N и С при обычных иповышенных температурах сильно зависят от многих факторов: состава(стехиометрии), наличия примесей, микроструктуры и текстуры, пористости ит.д.        

                     6.2. Одноэлементные, однослойные  покрытия.

              6.2.1. Соединения, используемые вкачестве покрытий. 

            Карбиды. Карбиды обладают рядомпротиворечивых свойств, что осложняет детальное изучение их физической природы.В частности, строение монокарбидов с кубической решеткой соответствуетструктуре типа NaCl,вместе с тем электропроводность карбидов сравнима с электропроводностьюметаллов. Высокая твердость карбидов проявляется за счет ковалентной связиатома углерода с атомом метала.

            Наибольшаясклонность к образованию энергетически стабильных конфигураций sp3 проявляются укарбидов металлов IVгруппы (Ti,Zr, Hf ). Это обусловлено большей донорскойспособностью этих металлов (особенно Ti) при относительно высоком содержании углерода в карбиде (до20%). Стабильные конфигурации карбидов атомов металлов IV группы объясняется уменьшением общегочисла нелокализованных электронов sp-переходов, смещения равновесия вправо и уменьшения общегочисла нелокализованных электронов: sp2 + p<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

sp3.Поэтому карбиды обладают повышенной жесткостью кристаллической решетки,определяющей их высокую твердость, теплостойкость и хрупкость [5].

             Припереходе к карбидам Vгруппы донорская способность металлов этой группы снижается, что приводит кснижению статистического веса устойчивости sp3-конфигурации карбидов и соответственно уменьшает соответственно твердость этихкарбидов. Область их гомогенности сужается, в составе наряду с карбидами МС образуются низшие карбиды М2С сгексагональной структурой. Так например, твердость TiC равна 31.7 ГПа, а твердость  TaC – 17.4 ГПа, Nb2C – 21 Гпа [5].  

             Укарбидов тугоплавких металлов VIгруппы (Cr, Mo,W) содержание углерода падает до 6%,снижается число обобществленных электронов, поэтому статический вес атомовнаиболее стабильной электронной конфигурации sp3 оказывается очень низким, а свойства карбидовопределяются главным образом свойствами d5-конфигурации. Связи d5 более гибкие, чем sp3,допускают упругий прогиб решетки, более свободное движение в ней дислокаций. Поэтомукарбиды металлов VIгруппы имеют меньшую твердость и хрупкость (CrC, MoC,WC), чем твердость ихрупкость карбидов IVгруппы (TiC, ZrC, <spa

еще рефераты
Еще работы по технологии