RU2515600C2 - Способ получения наноструктурного покрытия - Google Patents
Способ получения наноструктурного покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515600C2 RU2515600C2 RU2011148577/02A RU2011148577A RU2515600C2 RU 2515600 C2 RU2515600 C2 RU 2515600C2 RU 2011148577/02 A RU2011148577/02 A RU 2011148577/02A RU 2011148577 A RU2011148577 A RU 2011148577A RU 2515600 C2 RU2515600 C2 RU 2515600C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- phase
- coating
- composite
- coatings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии нанесения наноструктурных покрытий и может быть использовано в наноэлектронике и наноэлектромеханике. Покрытие получают из композита металл-керамика состава (Co86Nb12Ta2)x(SiOn)100-x. Осуществляют осаждение композита ионно-лучевым распылением с обеспечением образования гранул металлической фазы со средним диаметром 2-4 нм, изолированных сплошной керамической фазой. Концентрацию металлической фазы при распылении выбирают в пределах 20 - 40 ат.%. Получаемые покрытия обладают высокой твердостью и характеризуются высокой стабильностью параметров. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д.
Исследования последних лет показали, что материалы и покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и наноструктурными упрочняющими элементами обладают улучшенными физико-химическими и механическими свойствами. Поэтому в последние годы во всем мире проводятся работы по разработке способов получения материалов с наноструктурой.
Как правило, получаемые покрытия представляют собой металлические сплавы и поэтому улучшают свойства защищаемой поверхности лишь по одному из параметров, например твердость или прочность, в то время как по другим параметрам обнаруживают значительно более низкие показатели. Традиционные способы формирования упрочняющих покрытий являются различными вариантами методов наплавки, таких как плазменное, электронно-лучевое, лазерное, аргонодуговое, электродуговое, электрошлаковое и др., и это позволяет при наплавлении покрытий использовать присадочные материалы для повышения прочности за счет создания гетерофазной, а не однофазной структуры.
Известны различные методы формирования наноструктурных поверхностных слоев и наноструктурных покрытий, например, методом лазерно-плазменной обработки [В.В. Мелюков, А.В. Частиков, А.А. Чирков, А.М. Чирков, А.В. Окатов. Формирование наноструктурных поверхностных слоев методом лазерно-плазменной обработки при атмосферных условиях. Сб.: Сварка и контроль. - 2005. Материалы докладов 24-й Научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири 16-18 марта 2005 г. Челябинск, 2005, с.125-131] или методом абразивной обработки [Zhang Shu-lan, Chen Huai-ning, Lin Quanhong, Liu Gang (Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, КНР). Hanjie xuebao = Trans. China Weld. Inst. 2005. 26, №3, c.73-76].
Однако эти методы и покрытия, полученные этими методами, обладают рядом недостатков.
Внешняя поверхность формируемых покрытий характеризуется значительной шероховатостью, что требует последующей дополнительной обработки, уменьшающей толщину покрытия и влияющей на структурное состояние покрытия, что, в свою очередь, снижает его упрочняющие характеристики. Кроме того, размеры зерен в получаемых слоях покрытия составляют сотни и более нанометров, что не является оптимальным для упрочнения получаемого наружного слоя.
Известен способ и материал, получаемый этим способом, получения наплавленного покрытия с применением в качестве присадочного материала смеси порошков исходных компонентов, включающей карбид вольфрама WC [С.Ф. Гнюсов, Д.А. Маков, В.Г. Дураков. Получение износостойких композиционных покрытий с мультимодальным распределением упрочняющей фазы. - Сб.: Сварка и контроль. - Материалы докладов 24-й Научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири 16-18 марта 2005 г. - Челябинск, 2005. С.74-82].
Указанный способ реализуется следующим образом.
При аргонодуговой наплавке неплавящимся электродом по прототипу за один проход формировалось покрытие толщиной 3-4 мм. Размер зерна матрицы составлял 8,0-60,0 мкм, а средний размер частиц упрочняющей фазы составлял 3,3 мкм. При этом в полученных покрытиях находившийся в смеси порошков монокарбид вольфрама в результате воздействия сварочной дуги и значительного перегрева ванны в зоне ее действия в процессе наплавки полностью растворялся в жидкой металлической ванне, а при последующем охлаждении упрочняющая фаза выделялась в виде равноосных зерен или в виде дендритов размерами от 4 до 15 мкм.
Недостатком известного способа и материала является то, что при его использовании невозможно получить металл покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне, т.к. к началу кристаллизации в жидком металле отсутствует необходимое количество центров кристаллизации для получения металла покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне.
Недостатком известного способа и материала является то, что при его использовании невозможно получить металл покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне, т.к. к началу кристаллизации в жидком металле отсутствует необходимое количество центров кристаллизации для получения металла покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание способа получения наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика», обеспечивающего повышенную твердость, высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что в предложенном способе получения наноструктурного покрытия из композита «металл-керамика» состава (Cо86Nb12Ta2)×(SiOn)100-x, включающем осаждение композита ионно-лучевым распылением с обеспечением образования гранул металлической фазы со средним диаметром 2-4 нм, изолированных сплошной керамической фазой, при этом концентрацию металлической фазы при распылении подбирают в пределах 20…40 ат.%.
В варианте применения способа концентрацию металлической фазы при распылении выбирают 25 ат.%.
Указанные пределы выбраны исходя из следующих соображений.
Максимальная твердость реализуется в композите, в котором сплошной фазой является оксидная керамика, а металлическая фаза представлена в виде изолированных друг от друга наногранул размером 2-3 нм. При возникновении в нанокомпозите механических напряжений металлические гранулы пластически деформируются, не давая тем самым деформироваться и разрушаться керамике, сохраняя при этом ее сплошность и обеспечивая таким образом целостность материала покрытия. Максимум микротвердости обусловлен оптимальным объемным сочетанием двух фаз, одна из которых более пластична, а другая более хрупкая. Учитывая вышеизложенное, нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем уменьшении концентрации металла Hv твердость покрытия снижается, поскольку начинает преобладать естественная хрупкость диэлектрика.
Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя того, что при его дальнейшем увеличении происходит падение твердости покрытия, связанное с пластическим деформированием пленки.
Предложенные пределы концентрационной зависимости микротвердости нанокомпозита (Cо86Nb12Ta2)×(SiOn)100-x подтверждены экспериментальным путем.
Пример конкретного выполнения.
Композиты (Cо86Nb12Ta2)×(SiOn)100-x получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней.
Совместное осаждение компонентов материала производилось на ситалловые подложки СТ-60, на поверхности которых в результате процессов самоорганизации происходило формирование двухфазной структуры. Навески пластин из диэлектрика были распределены на поверхность основы мишени неравномерно, что позволило получить за один цикл напыления образцы в широком диапазоне концентрации металла. Температура подложки не превышала 100…120°C, поэтому диффузионная подвижность адсорбирующих атомов была невысока. Химический состав образцов контролировался рентгеновским электронно-зондовым микроанализом. Морфология изучалась с помощью растровой электронной микроскопии и оптического микроскопа.
Для исследования твердости покрытий из композитов использовались покрытия толщиной 5…6 мкм, нанесенные на ситалловые подложки и содержащие различное количество металлической фазы: 23, 30, 36, 55 и 65 ат.%.
Зависимость микротвердости нанокомпозита (Cо86Nb12Ta2)×(SiOn)100-x от концентрации металлической фазы в нанокомпозите получена экспериментальным путем. Из полученных экспериментальных данных следует, что нанокомпозит имеет максимальную твердость при 20…40 ат.%, преимущественно 25 ат.%, т.е. в указанных пределах.
Использование предложенного технического решения позволит создать наноструктурное покрытие из гранулированного композита «металл-керамика», обеспечивающего повышенную твердость, высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости.
Claims (2)
1. Способ получения наноструктурного покрытия из композита металл-керамика состава (Co86Nb12Ta2)x(SiOn)100-x, включающий осаждение композита ионно-лучевым распылением с обеспечением образования гранул металлической фазы со средним диаметром 2-4 нм, изолированных сплошной керамической фазой, при этом концентрацию металлической фазы при распылении выбирают в пределах 20 - 40 ат.%.
2. Способ по п.1, в котором концентрацию металлической фазы при распылении выбирают 25 ат.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011148577/02A RU2515600C2 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ получения наноструктурного покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011148577/02A RU2515600C2 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ получения наноструктурного покрытия |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011148577A RU2011148577A (ru) | 2013-06-10 |
RU2515600C2 true RU2515600C2 (ru) | 2014-05-20 |
Family
ID=48784387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011148577/02A RU2515600C2 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ получения наноструктурного покрытия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515600C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608157C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого нанокомпозитного покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины |
RU2608156C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения нанокомпозитного металл-керамического покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины |
RU2608158C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости |
RU2608159C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ определения микротвердости нанокомпозитного покрытия с повышенной износостойкостью по соотношению в нем металлической и керамической фаз |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002053799A1 (en) * | 2000-12-29 | 2002-07-11 | Lam Research Corporation | Boron nitride/yttria composite components of semiconductor processing equipment and method of manufacturing thereof |
RU2256724C1 (ru) * | 2003-12-10 | 2005-07-20 | Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева | Способ нанесения композиционных покрытий в вакууме |
CN101624295A (zh) * | 2008-07-10 | 2010-01-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 氮化钨基三元纳米复合超硬薄膜材料及其制备方法 |
JP2011084804A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-04-28 | Kobelco Kaken:Kk | 金属酸化物−金属複合スパッタリングターゲット |
-
2011
- 2011-11-29 RU RU2011148577/02A patent/RU2515600C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002053799A1 (en) * | 2000-12-29 | 2002-07-11 | Lam Research Corporation | Boron nitride/yttria composite components of semiconductor processing equipment and method of manufacturing thereof |
RU2256724C1 (ru) * | 2003-12-10 | 2005-07-20 | Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева | Способ нанесения композиционных покрытий в вакууме |
CN101624295A (zh) * | 2008-07-10 | 2010-01-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 氮化钨基三元纳米复合超硬薄膜材料及其制备方法 |
JP2011084804A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-04-28 | Kobelco Kaken:Kk | 金属酸化物−金属複合スパッタリングターゲット |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608157C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого нанокомпозитного покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины |
RU2608156C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения нанокомпозитного металл-керамического покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины |
RU2608158C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости |
RU2608159C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ определения микротвердости нанокомпозитного покрытия с повышенной износостойкостью по соотношению в нем металлической и керамической фаз |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011148577A (ru) | 2013-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alfonso et al. | Thin film growth through sputtering technique and its applications | |
JP5413540B2 (ja) | スパッタリング用MgOターゲット | |
JP5856148B2 (ja) | 混合結晶層を蒸着するためのpvdハイブリッド法 | |
RU2515600C2 (ru) | Способ получения наноструктурного покрытия | |
Liu et al. | Effect of modulation structure on the microstructural and mechanical properties of TiAlSiN/CrN thin films prepared by high power impulse magnetron sputtering | |
de Abreu Vieira et al. | Approaches to influence the microstructure and the properties of Al–Cr–O layers synthesized by cathodic arc evaporation | |
Sahoo et al. | Synthesis of surface modified SiC superhydrophobic coating on stainless steel surface by thermal plasma evaporation method | |
Biederman et al. | Nanocomposite and nanostructured films with plasma polymer matrix | |
Wang et al. | Study on nanocrystalline Cr2O3 films deposited by arc ion plating: I. composition, morphology, and microstructure analysis | |
Li et al. | Microstructure evolution of laser remelted Al2O3–13 wt.% TiO2 coatings | |
RU2350441C2 (ru) | Способ получения методом наплавки металлического покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне | |
JP4216518B2 (ja) | カソード放電型アークイオンプレーティング用ターゲットおよびその製造方法 | |
Ding et al. | Influence of Si addition on structure and properties of TiB2-Si nanocomposite coatings deposited by high-power impulse magnetron sputtering | |
US10196734B2 (en) | Nanotwinned silver alloy film with controlled architecture | |
EP2456905A1 (en) | Method for producing coatings with a single composite target | |
Kuptsov et al. | Surface modification of TiAlSiCN coatings to improve oxidation protection | |
Abegunde et al. | Surface integrity of TiC thin film produced by RF magnetron sputtering | |
RU2515733C2 (ru) | Наноструктурное покрытие | |
Tu et al. | Structure, composition and mechanical properties of reactively sputtered (TiVCrTaW) Nx high-entropy films | |
TW201816159A (zh) | 濺鍍靶材 | |
Zhang et al. | Synthesis of Cu doped TiN composite films deposited by pulsed bias arc ion plating | |
RU2511645C2 (ru) | Способ получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита | |
RU2521914C2 (ru) | Износостойкое наноструктурное покрытие | |
US20150252466A1 (en) | High surface areas (hsa) coatings and methods for forming the same | |
RU2506347C2 (ru) | Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141130 |