Аннотация
В данной работе было изучено влияние режимов нанесения ионно-плазменных покрытий из нитрида титана на пористость покрытий; проанализированы некоторые особенности защитных свойств покрытий данного типа с учетом специфики образованияи функционирования очагов коррозионных разрушений в порах покрытий. Приведенные эмпирические зависимости n = f(t) использованы при оптимизации технологических параметров нанесения покрытий с требуемыми эксплуатационными характеристиками в конкретных условиях эксплуатации.
1.Введение:
Полученные методами ионно-плазменной технологии конденсационные покрытия из нитрида титана, нашли наиболее широкое применение для поверхностного упрочнения металлообрабатывающего инструмента [1], повышения работоспособности и долговечности деталей сельскохозяйственных машин, работающих в узлах трения [2], в ряде других отраслей сельскохозяйственной промышленности; общий анализ соответствующей информации впервые был сделан авторами работ [3]. Внастоящее время по данному вопросу имеется колоссальный объем информации о технологии получения, свойствах и областях применения покрытий данного класса. В данной работе была поставлена задача изучить влияние режимов нанесения ионно-плазменных покрытий из нитрида титана на пористость покрытий; проанализировать некоторые особенности защитных свойств покрытий данного типа с учетом специфики образования и функционирования очагов коррозионных разрушений в порах покрытий.
Образцы покрытий из TiN были получены на установке "Булат – 3Т"; технология получения покрытий предусматривает использование электродуговых испарителей и варьирования основных параметров процесса осаждения p, I , U и Т (р – давление в вакуумной камере, Iд – ток дуги испарителя, Uп – ускоряющее напряжение на подложке, Т – температура конденсации) в пределах, предусматривающих оптимальные режимы получения покрытий данного класса с требуемыми механическими, структурными и поверхностными характеристиками. В ходе предварительных исследований [5] было установлено, что на защитные свойства ионно-плазменных покрытий параметры металлизации влияют слабо; основные закономерности корозионнно-электрохимического поведения определяютсятолщиной покрытия. Это характернодляподавляющего большинства катодных конденсационных покрытий [6]. В этой связи получение образцов для исследования пористости осуществлялось при фиксированных параметрах металлизации: p = 0,35 … 0,40 Па, Iд = 80 ... 120 А, U = 200 В, Т = 775 … 825 К. В качестве подложек использована тонколистовая сталь марок 0,8кп и У8А.
Результаты исследований кинетики нарастания работающих
пор в покрытиях из TiN на стали. Обработка результатов наблюдений показала, что в системе координат n-lg (n – пористость, см ; – время наблюдений, часы) характер нарастания работающих
очагов коррозионного разрушения описывается линейной функцией типа:
где эмпирические коэффициенты А и В рассчитываются по результатам обработки данных наблюдений , анализ которых позволяет сделать следующие выводы. Скорость нарастания числа работающих
очагов коррозии (пропорциональна dn/d) выше, как правило, на образцах стали с тонкими покрытиями. Это объясняется влиянием геометрического фактора d/h (d – диаметр пор, h – толщина покрытия) и капиллярных эффектов на характер зарождения и развития очагов коррозионных разрушений по электрохимическому механизму . С возрастанием толщины покрытия доля сквозных пор, имеющих высокие значения d/h, уменьшается. При малых значениях d/h (характерно для толстых покрытий) доступ агрессивного агента к основанию поры (к подложке) затруднен, очаг поражения начинает работать через определенный промежуток времени после начала испытаний, что и определяет наблюдаемые различия в кинетических зависимостях n = f(x) для покрытий различной толщины.
Второй характерной особенностью, является влияние степени агрессивности среды на кинетику нарастания очагов поражения и на общее их количество. В уравнении 1 этот факт иллюстрируется численными значениями параметра В. В атмосфере с примесью SO2 (модельная промышленная атмосфера) скорость нарастания числа работающих очагов коррозии максимальная, во влажной субтропической атмосфере – минимальная.
Распределение очагов коррозионных разрушений на поверхности образца носит случайный характер: на одних образцах очаги распределены равномерно, на других зафиксированы скопления густо расположенных очагов и одиночные очаги, находящиеся на значительном расстоянии от скоплений. Это обстоятельство определяет резкие различия в характере развития коррозионно-электрохимических процессоввпорах. Так, например, вместахскопленияочаговотмеченонезначительное углубление коррозионныхязв вглубь подложки при достаточно обильном выделении продуктов коррозии. В одиночныхпорахотмечено, какправило, сквозное поражение основы и незначительный выход продуктов коррозии на поверхность образца. Эти различия можно объяснить с позиций повременной или поэтапной реализации электрохимического и механохимического [7] механизмов развития коррозионных процессов в порах катодных конденсационных покрытий.
При веденные выше результаты и сследования пористости покрытий из TiN настали, а также обсуждение основных экспериментально установленных закономерностей соответствуют режимам предварительной подготовки поверхности в атмосфере остаточныхгазовпри давлениях (2 … 4) 10 Па и ускоряющемнапряженииразряда порядка 1,1 кВ. Времядостижениярабочейтемпературыконденсации (Т = 775 … 825 К) определялосьмассойобразцови при выбранныхрежимахработы электродугового испарителя составляло 90 … 120 с. Если же разогрев подложки на стадии очистки и активации ее поверхности проводился в атмосфере аргона с последующим нанесением покрытий по стандартной технологии , то защитные свойства покрытий (обусловлены пористостью) резкоулучшаются. Так, например, для случая и спытаний в водопроводной воде зависимость n = f(x) имеет вид
что в сравнении с данными табл. 1 указывает на существенно более низкую скорость нарастания работающих очагов коррозии. Изменяется и характер очагов поражения. На образцах фиксируются только мелкиеочаги коррозии, которыечерез 30 сутокможно различить только в микроскопе (увеличение 30 ), а через 6 месяцев испытаний просматриваются и без микроскопа. Сквозного поражения основы, как правило, не наблюдается.
Результаты проведенных исследований показывают, что защитные свойства катодных ионно-плазменных покрытий из TiN и характер коррозионно-электрохимического их поведения в различных агрессивных средах определяются, в основном, пористостью покрытий и их толщиной. При оценке пористости как объективного показателя защитных свойств целесообразно использовать подсчет очагов коррозии при испытании в различных средах. Приведенные эмпирические зависимости n = f(x) можно использовать при оптимизации технологических параметров нанесения покрытий с требуемым и эксплуатационными характеристиками в конкретных условиях эксплуатации.
Список использованной литературы
- Андреев В. Н. Исследование эффективности применения износостойких покрытий на резцах из быстрорежущей стали. – Станки и инструмент, 1982, № 9, с.18-20.
- Ханзаров Г. Н., Магомедов Б. Р., Абдуллаев Э. Г. Повышение износостойкости деталей литерных машин плазменным нападением. – Защита металлов, 1982, т.18, № 3, с.453-454.
- Карпов В. Ф., Костржицкий А. И. Нанесение износостойких покрытий на инструмент из быстрорежущейстали. – Киев, крНИИНТИ, 1985, №2699 – Ук85. – 13 с.
- Костржицкий А. И., Карпов В. Ф., Паскал В. В. Методы нанесения износостойких покрытий на детали машин и конструкций. – Киев, крНИИНТИ, 1986, №23 – Ук86, Деп., – 49 с.
- Карпов В.Ф., Костржицкий А. И., Паскал В. В. Коррозионно-электрохимическое поведение вакуумных покрытий из нитрида титана на сталь. –
Вакуумные покрытия – 87
/Тез. докл. 4-й науч.-техн. конф. – Рига, ЛатНИИНТИ, 1987, с. 153-155. - Костржицкий А. И. Способы получения и свойства коррозионно-стойких вакуумных многокомпонентных пленок и покрытий/ Автореф. дисс… докт. техн. наук. – М.: НИФХИ им. Л.Я. Карпова, 1988.– 37 с.
- Костржицкий А. И. О механизме развития коррозионных процессов в порах катодных вакуумных покрытий настали. – Защита металлов, 1985, т.21, № 1, с.64-68.