Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Бортницкая 18.10.2017

60 views

Published on

Бортницкая 18.10.2017

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Бортницкая 18.10.2017

  1. 1. ИОННО-ПЛАЗМЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ РАСПЫЛЕНИЕМ МИШЕНИ НА ОСНОВЕ МАХ-ФАЗЫ Ti2AlC Белоус В.А., Куприн А.С., Овчаренко В.Д., Бортницкая М.А., Колодий И.В., Ильченко А.В., Решетняк Е.Н., Толмачёва Г.Н. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина
  2. 2. MAX-фазы представляют собой семейство тройных слоистых соединений, где M – переходной металл, A – элемент IIIA или IVA группы таблицы Менделеева, а X – С или N. (таб. 1). Благодаря такому набору свойств MAX-фазы (Ti3SiC2, Ti3AlC2 и Ti2AlC) являются перспективными для использования в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий в ядерной энергетике. Покрытие Ti2AlC может использоваться для защиты от окисления циркониевых топливных оболочек в случае аварии с потерей теплоносителя. Сочетают в себе свойства как металлических сплавов, так и керамических материалов : • поддаются механической обработке; • термически стабильные; • электропроводящие; • имеют высокую прочность и теплопроводность; • устойчивы к термоударам и высокотемпературному окислению; • радиационностойкие.
  3. 3. Структура МАХ-фаз Рис. 1. Кристаллическая структура МАХ-фаз карбидов (нитридов) с переходными металлами (М) со слоями из элементов А из групп IIIА и IVА. Рис.2.СЭМ изображение слоистой структуры МАХ- фазы после деформации Цель: исследовать процесс осаждения, состав и механические свойства покрытий из горячепрессованной мишени на основе МАХ-фазы Ti2AlC. Три структурных типа МАХ-фаз: М2АХ; М3АХ2; М4АХ3
  4. 4. Методика осаждения и исследования покрытий Эксперименты по получению покрытий из МАХ- фазы Ti2AlC, проводились на вакуумной установке. Горячепрессованная мишень из Ti2AlC (производства ИСМ, г. Киев) использовалась для распыления. В качестве подложек использовались образцы из нержавеющей стали 10×20×1 мм. Распыление мишени осуществлялось с использованием источника газовой плазмы (ИГП) в среде аргона при давлении ~ 0,8 Па. На мишень подавался отрицательный потенциал в диапазоне от -400 до -1200 В, а на образцы от -50 до -200 В. Состав покрытий определялся методом РФА на спектрометре «Спрут», а механические свойства методом наноиндентирования на Nano Indenter G200. Схема ионно-плазменной установки для осаждения покрытий: 1- термоэмиссионный катод; 2- экран; 3-анод; 4-фокусирующий соленоид; 5- мишень; 6- подложка.
  5. 5. Структура мишени из МАХ-фазы Ti2AlC Таблица 2. Фазовый состав горячепрессованной мишени Рис.4. Коэффициенты распыления Ti и Ti2AlC в зависимости от энергии ионов аргона. Фаза Весовое содержание, %wt Параметры решетки, Å Исходная мишень Ti2 AlC 83,0 a = 3,048; c = 13,639 TiC 3,2 a = 4,330 C 13,8 a = 2,464; c = 6,657 После распыления Ti2 AlC 25,8 a = 3,045; c = 13,645 TiC 45,9 a = 4,305 Ti3 AlC 28,3 a = 4,164 Рис.3(а,б). Дифрактограммы мишени до (а) и после (б) распыления. Рис. 3(a) Рис. 3(б)
  6. 6. Результаты исследований Осаждение покрытий Рис.5. Скорость осаждения покрытий в зависимости от распыляющего напряжения на мишени Ti2AlC. Рис.6. Скорость осаждения покрытий в зависимости от напряжения смещения на подложке при распыляющем напряжении на мишени -800 В. Рис.7. Концентрация элементов в покрытиях в зависимости от напряжения смещения на подложке. Рис.8. СЭМ изображение поверхности покрытия, полученного при потенциале смещения на подложке -100 В.
  7. 7. Структура и механические свойства покрытий Рис.9. Дифрактограммы покрытий, полученных при разных напряжениях смещения на подложке. Рис.11. Твёрдость и модуль Юнга покрытий в зависимости от напряжения смещения на подложке. Рис.10. Зависимость параметра кристаллической решетки карбида (Тi,Al)C от напряжения смещения на подложке при осаждении покрытий. Во всех исследуемых покрытиях выявлена единственная кристаллическая фаза-карбид на основе TiC с кубической кристаллической решеткой типа NaCl. С ростом потенциала преимущественная ориентация кристаллитов карбида меняется с (111) на (220). Вероятнее всего Al образует твердый раствор (Тi, Al)C в решетке ТiC. С ростом потенциала смещения количество Al уменьшается то и период кристаллической решетки твердого раствора увеличивается.
  8. 8. ВЫВОДЫ Проведенные исследования процесса осаждения с помощью источника аргоновой газовой плазмы покрытий из мишени на основе МАХ-фазы Ti2AlC показали:  МАХ-фаза Ti2 AlC относится к трудно распыляемым материалам. Скорость осаждения покрытий при оптимальных условиях достигает ~4,5÷5 мкм/час, покрытия характеризуются хорошим качеством поверхности.  Элементный состав покрытий сильно зависит от потенциала смещения на подложке и с увеличением потенциала > -50 В происходит резкое обеднение Al. По данным наноиндентирования с ростом потенциала смещения на подложке от -50 до -200 В твердость и модуль Юнга покрытий увеличивается от 21 до 31 ГПа и от 293 до 338 ГПа, соответственно. Это в два-три раза выше твердости исходной мишени.  Единственной кристаллической фазой в покрытиях является твердый раствор на основе карбида ТiC с кубической кристаллической решеткой типа NaCl. Размер ОКР карбида 10-15 нм. С ростом потенциала преимущественная ориентация кристаллитов карбида меняется с (111) на (220).
  9. 9. Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!
  10. 10. Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!

×