RU2608158C2 - Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости - Google Patents
Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608158C2 RU2608158C2 RU2014151319A RU2014151319A RU2608158C2 RU 2608158 C2 RU2608158 C2 RU 2608158C2 RU 2014151319 A RU2014151319 A RU 2014151319A RU 2014151319 A RU2014151319 A RU 2014151319A RU 2608158 C2 RU2608158 C2 RU 2608158C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- phases
- coating
- ceramic
- microhardness
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0688—Cermets, e.g. mixtures of metal and one or more of carbides, nitrides, oxides or borides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости включает обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при определенном химическом составе упомянутых фаз, при этом определяют значение микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума. Затем определяют полученные значения микротвердости покрытия при заданном соотношении указанных фаз. На основании полученных данных создают искусственную нейронную сеть, проводят ее обучение, после чего вводят в упомянутую искусственную нейронную сеть данные о химическом составе металлической и керамической фаз, процентном соотношении указанных фаз в получаемом покрытии, и при помощи искусственной нейронной сети определяют значения микротвердости получаемого нанокомпозитного покрытия металл-керамика при введенном соотношении металлической и керамической фаз. В частных случаях осуществления изобретения значение микротвердости для нанокомпозитного покрытия определяют путем пересчета микротвердости для массивного образца посредством введения переводного коэффициента. Обеспечивается повышенная износостойкость с одновременным снижением себестоимости покрытия и высокая стабильность определяемых параметров, используемых для нанесения покрытия. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике, машиностроении 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.
Весьма перспективным направлением является применение не просто наноструктурированных материалов, а нанокомпозитных материалов, сочетающих в себе металлическую и керамическую фазы, характерные размеры которых составляют единицы - десятки нанометров. Механические свойства таких наноструктурированных материалов в значительной степени зависят от концентрационного соотношения между металлической и керамической фазами. Изменение концентрации одной из фаз в композите позволяет менять значение их механических характеристик в достаточно широких пределах. С другой стороны, для нахождения требуемого соотношения металлической и керамической фаз в покрытии, с целью получения заданных свойств, требуются значительные дорогостоящие экспериментальные работы, т.к. характеристики получаемого покрытия изменяются нелинейно, что приводит к значительным временным и материальным затратам.
Известен 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. %. (Патент РФ №2515600, заявка №2011148577/02 от 29.11.2011, МПК: C23C 14/46, C23C 14/06, B82B 3/00 – прототип.)
Основным недостатком данного способа является то, что, для нахождения требуемого соотношения металлической и керамической фаз в покрытии, с целью получения заданных свойств, требуются значительные дорогостоящие экспериментальные работы.
Данные обстоятельства обуславливают целесообразность применения методов обработки экспериментальных данных для построения экспериментальных факторных моделей, которые не раскрывают физической сущности явлений, но позволяют описывать и, самое главное, прогнозировать практически важные свойства материалов в некоторой ограниченной области факторного пространства.
Искусственные нейронные сети (ИНС) являются мощным и универсальным алгоритмом аппроксимации (см., например, Барский А.Б. Введение в нейронные сети, М:, Интернет-Университет информационных технологий, 2011; Калацкая Л.В., Новиков В.А., Садов В.С. Организация и обучение искусственных нейронных сетей: Экспериментальное учеб. пособие. - Минск: Изд-во БГУ, 2003. - 72 с. Галушкин А.И. Синтез многослойных систем распознавания образов. - М.: Энергия, 1974).
С одной стороны, искусственные нейронные сети слабочувствительны к структуре экспериментальных данных, а с другой - способны выявлять зависимости между входными и выходными данными, а также выполнять обобщение на основе сравнительно небольшого массива экспериментальных результатов. Нейросетевые алгоритмы способны аппроксимировать произвольную многофакторную зависимость с любой точностью при соответствующей регуляризации процедуры настройки параметров аппроксимационного уравнения. В случае успешного обучения такая сеть сможет вернуть верный результат на основании данных, которые отсутствовали в обучающей выборке, а также на основе неполных или частично искаженных данных. Вследствие этого нейронные сети можно рассматривать не только как инструмент аппроксимации, но и как способ прогнозирования физических свойств реальных объектов на основе экспериментальных данных.
Задачей предложенного технического решения является устранение лишних временных и материальных затрат посредством создания способа определения концентрации компонент в наноструктурном покрытии из гранулированного композита «металл-керамика» и получение собственно самого наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика», применение которого позволит обеспечить повышенную износостойкость и высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости, включающем обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при их определенном химическом составе, согласно изобретению определяют значение микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытия с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума, после чего определяют полученные значения микротвердости покрытия при заданном соотношении указанных фаз, затем, на основании полученных данных, создают искусственную нейронную сеть, проводят ее обучение, после чего вводят в упомянутую искусственную нейронную сеть химический состав металлической и керамической фаз, их процентное соотношение в получаемом покрытии, и при помощи искусственной нейронной сети определяют значения микротвердости получаемого нанокомпозитного покрытия металл-керамика при введенном соотношении металлической и керамической фаз.
В варианте исполнения значение микротвердости для нанокомпозитного покрытия определяют путем пересчета микротвердости для массивного образца посредством введения переводного коэффициента.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показаны концентрационные зависимости параметра, характеризующего механические свойства композитов CoFeZr-Al2O3, с указанием точек, полученных экспериментальными и аналитическими исследованиями, на фиг. 2 - зависимости для композитов Fe-Al2O3, на фиг. 3 - зависимости для композитов Fe-SiO2, на фиг. 4 - зависимости для композитов Co-CaF.
На всех чертежах показана концентрационная зависимость микротвердости композитов, измеренная методом Кнупа (символы) и полученная с помощью нейросетевой модели (линия).
Экспериментальные данные представляли собой результат исследования микротвердости нанокомпозитных покрытий металл-керамика, отличающихся друг от друга как элементным составом, так и соотношением фаз. В качестве факторов модели приняты экспериментально измеренные величины: микротвердость чистого металлического покрытия (Нм), микротвердость чистого керамического покрытия (Нк) и концентрация металлической фазы в композите (См), при этом в качестве выходного параметра модели используется значение микротвердости композитного покрытия (Н).
Все данные получены при исследовании нанокомпозитов, которые, в свою очередь, были получены по единой технологии, в одинаковых условиях на одном и том же оборудовании. Покрытия представляли собой тонкие пленки толщиной 5-7 мкм, нанесенные на поверхность полированных пластин СТ-50. Осаждение покрытий производилось с помощью метода ионно-лучевого распыления составных мишеней в атмосфере аргона и последующего осаждения выбитых атомов на поверхность подложки. Образование композитной структуры в напыляемых покрытиях происходило вследствие процессов самоорганизации. Наличие композитной структуры у исследованных покрытий непосредственно подтверждалось данными просвечивающей электронной микроскопии.
Для структурных исследований композиты наносились на монокристаллические подложки из NaCl с последующим отделением, а длительность процесса осаждения составляла несколько минут. Микротвердость композитных покрытий исследовалась методом индентирования алмазной пирамидкой. Поскольку толщина покрытий находилась в интервале 5-7 мкм, для измерений использовалась алмазная пирамидка Кнупа. Все измерения микротвердости проводились при одинаковой нагрузке на индентор, составлявшей 0.245 Н.
Проведенные экспериментальные и аналитические исследования на натурных образцах подтвердили достаточно хорошую сходимость экспериментальных данных с теоретическими данными, полученными при использовании заложенной математической модели, что показывает работоспособность предложенного способа в заданном интервале.
Использование предложенного технического решения позволит построить регрессионные зависимости, открытые для новых данных, то есть созданные модели могут пополняться и уточняться за счет введения новых факторов, что усложняет их структуру, но при этом повышает их адекватность.
Claims (2)
1. Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости, включающий обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при определенном химическом составе упомянутых фаз, отличающийся тем, что определяют значение микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума, после чего определяют полученные значения микротвердости покрытия при заданном соотношении указанных фаз, затем, на основании полученных данных, создают искусственную нейронную сеть, проводят ее обучение, после чего вводят в упомянутую искусственную нейронную сеть данные о химическом составе металлической и керамической фаз, процентном соотношении указанных фаз в получаемом покрытии, и при помощи искусственной нейронной сети определяют значения микротвердости получаемого нанокомпозитного покрытия металл-керамика при введенном соотношении металлической и керамической фаз.
2. Способ по п. 2, отличающийся тем, что значение микротвердости для нанокомпозитного покрытия определяют путем пересчета микротвердости для массивного образца посредством введения переводного коэффициента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151319A RU2608158C2 (ru) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151319A RU2608158C2 (ru) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014151319A RU2014151319A (ru) | 2016-07-10 |
| RU2608158C2 true RU2608158C2 (ru) | 2017-01-16 |
Family
ID=56372563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014151319A RU2608158C2 (ru) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2608158C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001062358A (ja) * | 1999-07-31 | 2001-03-13 | Abb Res Ltd | 塗布層の層厚み分布を決定する方法 |
| JP2002180295A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-06-26 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電着塗装解析方法および電着塗装解析装置 |
| RU2002134339A (ru) * | 2002-12-20 | 2004-06-10 | Юрий Васильевич Панфилов | Способ определения изностойкости тонкопленочных покрытий с использованием нейросетевого моделирования |
| KR20050056177A (ko) * | 2005-05-24 | 2005-06-14 | 부산대학교 산학협력단 | 전기아연도금강판의 코팅층에 대한 기계적 특성 평가 방법 |
| RU2515600C2 (ru) * | 2011-11-29 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения наноструктурного покрытия |
-
2014
- 2014-12-17 RU RU2014151319A patent/RU2608158C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001062358A (ja) * | 1999-07-31 | 2001-03-13 | Abb Res Ltd | 塗布層の層厚み分布を決定する方法 |
| JP2002180295A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-06-26 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電着塗装解析方法および電着塗装解析装置 |
| RU2002134339A (ru) * | 2002-12-20 | 2004-06-10 | Юрий Васильевич Панфилов | Способ определения изностойкости тонкопленочных покрытий с использованием нейросетевого моделирования |
| KR20050056177A (ko) * | 2005-05-24 | 2005-06-14 | 부산대학교 산학협력단 | 전기아연도금강판의 코팅층에 대한 기계적 특성 평가 방법 |
| RU2515600C2 (ru) * | 2011-11-29 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения наноструктурного покрытия |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014151319A (ru) | 2016-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jafari et al. | Statistical, morphological, and corrosion behavior of PECVD derived cobalt oxide thin films | |
| Zalnezhad et al. | A fuzzy logic based model to predict surface hardness of thin film TiN coating on aerospace AL7075-T6 alloy | |
| Caicedo et al. | Effect of applied bias voltage on corrosion-resistance for TiC1− xNx and Ti1− xNbxC1− yNy coatings | |
| Wiecinski et al. | Microstructure and mechanical properties of nanostructure multilayer CrN/Cr coatings on titanium alloy | |
| Rafieerad et al. | GEP-based method to formulate adhesion strength and hardness of Nb PVD coated on Ti–6Al–7Nb aimed at developing mixed oxide nanotubular arrays | |
| Ait-Djafer et al. | Deposition and characterization of titanium aluminum nitride coatings prepared by RF magnetron sputtering | |
| Shanaghi et al. | Effects of duty cycle on microstructure and corrosion behavior of TiC coatings prepared by DC pulsed plasma CVD | |
| Rashidi et al. | Prediction of the relative texture coefficient of nanocrystalline nickel coatings using artificial neural networks | |
| Purandare et al. | ZrN coatings deposited by high power impulse magnetron sputtering and cathodic arc techniques | |
| Zhang et al. | Phenomenological model of the growth of ultrasmooth silver thin films deposited with a germanium nucleation layer | |
| Shi et al. | Fabrication of flower-like copper film with reversible superhydrophobicity–superhydrophilicity and anticorrosion properties | |
| Yakupov et al. | Thin-layer films and coatings | |
| Caicedo et al. | Improving the physicochemical surface properties on AISI D3 steel coated with Ti-WN | |
| Kameneva et al. | Physical and mechanical properties of the TixZr1− хN thin films | |
| Nedfors et al. | Characterization of amorphous and nanocomposite Nb–Si–C thin films deposited by DC magnetron sputtering | |
| Gnedenkov et al. | Effect of conditions of treatment with superdispersed polytetrafluoroethylene on properties of composite coatings | |
| RU2608158C2 (ru) | Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости | |
| RU2608159C2 (ru) | Способ определения микротвердости нанокомпозитного покрытия с повышенной износостойкостью по соотношению в нем металлической и керамической фаз | |
| Vanegas et al. | Effect of Si content on functional behavior of nanostructured coatings of Zr–Si–N | |
| Bakhsheshi-Rad et al. | Introducing a composite coating containing CNTs with good corrosion properties: Characterization and simulation | |
| RU2608157C2 (ru) | Способ получения износостойкого нанокомпозитного покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины | |
| RU2608156C2 (ru) | Способ получения нанокомпозитного металл-керамического покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины | |
| Çorlu et al. | Modification of copper surfaces with cathodic arc aluminum plasma | |
| Besnard et al. | Effect of sputtering pressure on some properties of chromium thin films obliquely deposited | |
| Marka et al. | Effect of substrate and film thickness on the growth, structure, mechanical and optical properties of chromium diboride thin films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171218 |