Наноструктурированные покрытия

Возможность наносить нанослойные покрытия стала следствием развития техники (установок) для нанесения покрытий. При определенной частоте чередования слоев, то есть при определенной толщине нанослоев, может быть получено значительное увеличение твердости. Высокая твердость является следствием существенного различия модуля Юнга (модуля упругости) материалов субслоев. Снижение твердости при малых толщинах слоев (около 6–7 Нм) объясняется «грубостью» границ между слоями. Если установка и технология нанесения покрытия позволяет получить «четкие» границы, то снижения твердости не наблюдается.

нанослои в покрытии

Для нанесения нанослойных покрытий необходимо синхронизировать управление катодом и вращение материала, на который наносится покрытие. Это относительно просто, если покрываются одинаковые инструменты большими партиями. Но процесс становится значительно сложнее, если покрываются различные инструменты в одной партии. Таким образом, получение нанослойного покрытия с постоянной периодичностью чередования слоев невозможно, если в одной партии в камере находятся одновременно маленькие и большие инструменты, пластины, штампы, пресс-формы и

детали машин (а все эти элементы нуждаются в современных покрытиях). Кроме того, расстояние между нанослоями изменяется в процессе эксплуатации инструмента из-за изменения температуры, что также снижает эффективность такого покрытия.

сечение наноструктурированного покрытия

В составе нанокомпозитных покрытий присутствуют различные материалы (например, титан, алюминий и кремний). Зачастую они не могут быть смешаны. Процесс ведется так, что две различные фазы присутствуют в плазме и, в результате, нанокристаллический TiAlN, CrAlN, TiC или другая керамика оказывается внедренным в аморфную матрицу, например, Si₃N₄ или алмазоподобного покрытия (как арматура в бетон). Такая структура обеспечивает крайне высокую твердость (40–50 ГПа), которая сохраняется и при высоких температурах (до 1000°С) и экстремально низкий коэффициент трения. Такие характеристики крайне важны при высокопроизводительной обработке без СОЖ. Дальнейшее улучшение свойств такого покрытия возможно, если нанокомпозитное покрытие наносится еще и по специальной технологии. Периодичность слоев в этом случае составляет до 3,5 нм.

фото наноструктуры покрытия nc-TiC/a-C:H, полученное при помощи просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.

Нанокомпозитные покрытия как правило состоят из смеси кристаллической и аморфной фаз. Они интересны в первую очередь уникальной комбинацией механических и трибологических свойств. Введение нанокристаллических частиц керамики в аморфную матрицу обеспечивает высокую плотность межфазных границ, что повышает устойчивость к растрескиванию при приложении высоких контактных нагрузок. Контролируя размер и объемное содержание нанокристаллов можно найти такое сочетание твердости и модуля упругости, которые обеспечат максимум износостойкости.

Дата добавления: 2014-01-20