У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ
Заказать диплом, курсовую, диссертацию


Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Понравилось
Не понравилось





Книга жалоб
и предложений

 





Название ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛИЦИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МОЛИБДЕНЕ МЕТОДОМ СКЛЕРОМЕТРИИ
Количество страниц 64
ВУЗ Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина
Год сдачи 2012
Содержание АННОТАЦИЯ

Эффективность работы многих устройств, например, высокотемпера-турного оборудования, определяется правильным сопоставлением с одной стороны - общего разрушающего действия окружающей среды при эксплуа-тации, а с другой стороны - функционального запаса работоспособности, закладываемого материалами, конструкцией и технологией изготовления.
Важнейшими свойствами функциональных защитных покрытий, опре-деляющими их работоспособность, являются адгезия и адгезионная проч-ность. В большинстве случаев при изучении адгезии объектами исследова-ний являются тонкопленочные покрытия и системы. Для этих объектов раз-работан ряд достаточно развитых методик, одной из которых является метод царапания или склерометрии. Этот метод является достаточно тонким физико-механическим инструментом, и его применение обычно налагает весьма строгие ограничения на исследуемые материалы.
В работе сделана попытка применить этот метод к изучению толсто-слойных силицидных покрытий на молибдене.
Установлено, что способ формирования силицидного покрытия суще-ственно влияет на примеси в нем. Наиболее опасным с точки зрения загрязнений является активированное силицирование. Лучшую однородность и качество имеют покрытия, полученные вакуумным отжигом без активаторов.
Метод скретч-тестирования позволяет качественно оценить относи-тельную адгезию силицидных покрытий и уровень допустимых напряжений в нем. Анализ сигналов акустической эмиссии позволяет оценивать уровень деградации силицидного покрытия и потери защитных функций.
Установлено, что наилучшие механические характеристики имеет си-лицидное покрытие, полученное двухстадийной обработкой через низшие фазы.

АНОТАЦІЯ

Ефективність роботи багатьох пристроїв, наприклад, високотемпера-тур-ного обладнання, визначається правильним зіставленням з одного боку - загального руйнівної дії навколишнього середовища при експлуатації, а з іншого боку - функціонального запасу працездатності, що закладається ма-теріалами, конструкцією і технологією виготовлення.
Найважливішими властивостями функціональних захисних покриттів, що визначають їхню працездатність, є адгезія та адгезійна міцність. В біль-шості випадків при вивченні адгезії об'єктами досліджень є тонкоплівкові покриття і системи. Для цих об'єктів розроблено низку належно розвинених методик, однією з яких є метод склерометрії. Цей метод є досить тонким фізико-механічним інструментом, і його застосування зазвичай накладає дуже суворі обмеження на досліджувані матеріали.
У роботі зроблено спробу застосувати цей метод до вивчення товсто- шарових силіцидних покриттів на молібдені.
Встановлено, що спосіб формування силіцидного покриття суттєво впливає на домішки в ньому. Найнебезпечним з точки зору забруднень є ак-тивоване силіциювання. Кращу однорідність та якість мають покриття, які отримані вакуумним відпалом без активаторів.
Метод скретч-тестування дозволяє якісно оцінити відносну адгезію силіцидних покриттів і рівень прийнятних напружень в ньому. Аналіз сиг-налів акустичної емісії дозволяє оцінювати рівень деградації силіцидних по-криттів і втрати захисних функцій.
Встановлено, що найкращі механічні характеристики має силіцидне покриття, що отримане шляхом двохстадійної обробки через нижчі фази.

SUMMARY

The performance of many devices, such as high-temperature equipment, is determined by comparing the right on one side - the destructive action of the gen-eral environment during operation, and on the other side - the functional reserve capacity for work, pledged materials, construction and manufacturing technology.
The most important functional properties of protective coatings determinant of their performance, are adhesion and adhesion strength. In most cases, the ob-jects of adhesion research are the thin-film coatings and systems. There are many well-developed techniques for these objects. The method of scratching is one of this technique. This method is quite subtle physical and mechanical tool and its application usually imposes very strict limitations on test materials.
In this paper we attempt to apply this method to the study thick-film silicide coatings on molybdenum.
It is found that forming silicide coating method is substantially influenced by impurities in it. The most dangerous from the standpoint of pollution is activated siliconizing. Better homogeneity coverage and quality are obtained by vacuum an-nealing without activators.
The method of scratch-test provides a qualitative assess the relative adhesion of silicide coatings and the level of allowable stresses in it. Analysis of acoustic emission signals allows to evaluate the level of degradation of the silicide coatings and loss of protective functions.
It is established that the best mechanical properties has silicate coating ob-tained through the lower two-stage processing phase.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1. Адгезия и методы ее измерения. 9
1.2. Основные свойства силицидов молибдена и защитных покры-тий на их основе. 15
1.3. Метод акустической эмиссии и его применение для изучения разрушения покрытий и материалов.
1.3.1. Явление АЭ: возникновение, характер, сигналы
1.3.2. Физическая сущность, источники и особенности метода акустической эмиссии
1.3.3. Акустическая эмиссия при образовании и росте трещин
21

21
23

27
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Технологии получения образцов молибдена с силицидными покрытиями.
2.2. Исследовательские методики.
2.3. Результаты исследований и их анализ.
30
30

41
46
ВЫВОДЫ
51
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
52
ПРИЛОЖЕНИЕ 57

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность работы многих устройств определяется правильным сопоставлением с одной стороны - общего разрушающего действия окружа-ющей среды при эксплуатации, а с другой стороны - функционального запаса работоспособности, закладываемого материалами, конструкцией и технологией изготовления.
Одним из перспективных направлений физического материаловедения, обеспечивающего развитие многих передовых технологий и создание новейших образцов техники, является нанесение на металлы различных защитных покрытий с требуемым комплексом свойств. Достойное место среди применяемых покрытий занимают силицидные покрытия на тугоплавких металлах, в том числе на молибдене.
Силициды молибдена известны с 1907 года, когда для защиты от кор-розии ковких металлов была впервые синтезирована дисилицидная фаза [1]. За прошедшее столетие интерес к этим материалам то угасал, то вновь воз-никал в зависимости от путей развития и состояния науки, техники и техно-логий. К концу 1940-х годов относятся первые работы по специальному синтезу и исследованию дисилицида молибдена, которые вскоре резко интенсифицируются [2] и приводят к главному промышленному достижению - созданию фирмой Kanthal высокотемпературного материала на основе дисилицида молибдена [3].
Следующий всплеск интереса к силицидам молибдена приходится на 1970-е годы, когда он стал применяться в качестве защитных покрытий для газовых турбин [4], и начался новый этап работы – исследования работоспособности при предельных температурах [5-6].
В последние десятилетия наблюдается очередной всплеск публикаций по силицидным материалам. Во многом это связано с новыми технологиче-скими возможностями исследовательской аппаратуры, установок синтеза и модифицирования материалов [7].
Подавляющее большинство последних работ по силицидам посвящены изучению композиционных и наноструктурных материалов, в том числе - технологическим аспектам формирования и эксплуатации композиционных покрытий, а также ряду фундаментальных вопросов термодинамики и кинетики [8, 9].
Сравнительно небольшое число публикаций освещает связь эксплуата-ционных возможностей изделий с покрытиями и структурно-фазовых характеристик покрытий, причем значительная часть таких работ - это более или менее успешные попытки прогнозирования поведения изделий расчетным путем. Мало работ по исследованию и прогнозированию разрушения силицидов [10, 11]. Практически нет попыток предсказания высокотемпературного поведения силицидных покрытий на основе экспериментальных данных о структурно-фазовом состоянии реальных изделий при комнатных температурах.
Из обширного перечня известных методов формирования силицидных защитных покрытий выделим пять наиболее разработанных: парофазное осаждение в вакууме, активированное осаждение из газовой среды, жидкофазное силицирование, газопламенное и плазменное напыление, наплавление или оплавление с использованием шликерной технологии.
Практически все перечисленные технологии используют диффузион-ные процессы для получения силицидных слоев, хотя эти слои заметно раз-личаются по своим физико-химическим свойствам (фазовому составу, тол-щине, сплошности, сцеплению с подложкой и т.д.) и, соответственно, экс-плуатационным возможностям.
Диффузионные покрытия, получаемые в вакуумных условиях, отлича-ются максимально высокой адгезией, чистотой, возможностью достаточно легко варьировать фазовый состав и толщину покрытия изменением условий химико-термической обработки.
В литературе имеются многочисленные, зачастую противоречивые данные о термостойкости и жаростойкости силицидов молибдена, вольфра-ма, других тугоплавких металлов, а также силицидных покрытий на них [12, 13]. В основе противоречий чаще всего лежит отсутствие единого подхода при описании покрытий и технологии их формирования, а также методики проведения испытаний. Но в одном практически все авторы сходны: эксплуатационные возможности диффузионных силицидных покрытий лимитируются двумя факторами - перераспределением фаз и дефектностью. Поэтому разработка покрытий с низкой дефектностью и замедленным перераспределением защитных слоев является актуальной задачей.
Несмотря на большой объем работы, проделанной предыдущими по-колениями исследователей силицидных покрытий, нерешенными остаются такие важнейшие проблемы, как изменение механических (конструкцион-ных) свойств системы молибден – силицидное покрытие в процессе форми-рования покрытия и в ходе высокотемпературной эксплуатации, выяснение особенностей разупрочнения, растрескивания и разрушения покрытия в различных режимах работы.
Основным функциональным назначением силицидных покрытий на молибдене является защита этого металла от разрушающего действия высо-котемпературного окисления, иными словами покрытие должно обеспечи-вать жаростойкость и термостойкость молибденовых изделий.
Необходимо отметить, что реализация указанных функциональных ха-рактеристик невозможна без сохранения требуемого уровня конструкцион-ных свойств композиции «силицидное покрытие – молибденовая под-ложка».
Для успешной высокотемпературной работы молибденовых изделий с силицидными покрытиями необходимо, как минимум, обеспечить достаточную адгезию и прочность покрытия. Потеря работоспособности и разрушение изделий происходят вследствие деградации указанных свойств под действием внешних факторов.
Традиционные методы определения адгезии применимы преимуще-ственно к тонкопленочным системам, в которых толщина покрытия не пре-вышает нескольких микрометров, а к качеству поверхности предъявляются весьма высокие требования [14-15].
В данной работе сделана попытка применить такой тонкий метод ис-следований, как склерометрия для качественной оценки адгезионных харак-теристик весьма грубых толстослойных силицидных покрытий на молибде-не.
Целью работы было изучение влияния структурно-фазовых ха-рактеристик силицидных покрытий на их адгезию к молибденовой подложке.
Для достижения цели было необходимо:
• освоить различные методики формирования силицидных покрытий на мо-либдене;
• изучить влияние способа силицирования на кинетику роста, структурно-фазовые и физико-механические характеристики получаемых силицидных покрытий;
• определить влияние структурно-фазового состояния системы подложка – покрытие на его адгезионные характеристики;
• оценить применимость метода склерометрии для описания поведения си-лицидных покрытий при механических нагрузках.
Список литературы ВЫВОДЫ

1. Установлено, что способ формирования силицидного покрытия суще-ственно влияет на примеси в нем. Наиболее опасным с точки зрения загрязнений является активированное силицирование. Лучшую одно-родность и качество имеют покрытия, полученные вакуумным отжи-гом без активаторов.
2. Установлено, метод скретч-тестирования позволяет качественно оце-нить относительную адгезию силицидных покрытий и уровень допу-стимых напряжений в нем. Анализ сигналов акустической эмиссии позволяет оценивать уровень деградации силицидного покрытия и по-тери защитных функций.
3. Более толстые покрытия характеризуются бớльшим разбросом адгези-онно-прочностных показателей, что обусловлено индивидуальными особенностями структурно-фазового состояния и повышенной дефектностью. Установлено, что наилучшие механические характеристики имеет силицидное покрытие, полученное двухстадийной обработкой через низшие фазы.
4. Метод склерометрии применим для качественного описания поведения силицидных покрытий при механических нагрузках.




СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. K. Vasudevan and J. J. Petrovic. A Comparative Overview of MoSi2 Based Composites // Mat. Sci. and Eng., A155. - 1992. – Р. 1-17.
2. W. A. Maxwell. Study of molibdenum disilicide for elevated temperature ap-plication // Proc. Metallurgy and Materials Information Meet., Oak Ridge, TN, April 16-18, 1951, Rep. TID-5061 (DEL), NSA-12.
3. Kanthal. Swed. Patent 155, 836, 1953.
4. E. Erdoes. Investigation of surface layers of gas turbine alloys // Internal Rep., Desember 1971.
5. J. Schlichting, Molibdenum disilicide as a component of modern high tem-perature composites // High Temp. High Press. - № 10. – 1978. – Р. 241.
6. С.В. Литовченко, Е.П. Нечипоренко, В.А. Чишкала и др. Исследование особенностей фазообразования в системе кремний – молибден // Вопросы атомной науки и техники. Сер. “Вакуум, чистые металлы, сверхпроводники”. Вып. № 6(7), 7(8). – Харьков. – 1998. – С. 239 –241.
7. Дзядикевич Ю. Шляхи підвищення жаростійкості виробів із тугоплав-ких металів від високотемпературного окислення / Ю. Дзядикевич // Українська наука: минуле сучасне, майбутнє : Збірник наукових праць. – Тернопыльский нац. екон. ун-т. - 2008, Вип. 13 . – 20-28 с.
8. С. В. Литовченко. Розрахунок швидкостей перерозподілу фаз у дифузійних силіцидних покриттях при їхній експлуатації в повітрі / С. В. Литовченко // Вісник національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Збірник наукових праць. Темат. вип. «Хімія, хімічна технологія та екологія». - Харків, 2009. - № 36. – С. 83-92.
9. Змий В.И. Реакционно-активированная диффузия и вакуумные покры-тия / В.И. Змий, С.Г. Руденький – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010. – 158 с.
10. Поляков Н.И. Исследование механических свойств MoSi2 и термона-пряжений в силицированном молибдене / Н.И. Поляков, В.Т. Грицына, В.И. Змий. // Защита металлов, 1976. - № 4. – С. 468-470.
11. Прошкин Д.А. Изучение растрескивания окисных пленок на MoSi2 ме-тодом акустической эмиссии / Д.А. Прошкин, А.А. Барзов, B.C. Лоску-тов, А.А. Дарасов // Высокотемпературная защита материалов. - Л., 1981. – С. 25-30.
12. Самсонов Г.В., Дворина Л.А., Рудь Б.М. Силициды. - М.: Металлургия, 1979.
13. Нечипоренко Е.П., Петриченко А.П., Павленко Ю.Б. и др. Получение комбинированных силицидных покрытий на молибдене // Защитные покрытия на металлах. - 1989. - Вып. 23 - С. 54 - 57.
14. В.М. Лунёв, О.В. Немашкало. Адгезионные характеристики покрытий и методы их измерения. // ФИП, 2010. - Т. 8. - № 1. – С. 64-71.
15. Ю.Н.Борисенко, С.В.Литовченко, Н.А. Азаренков. Газовыделение в тонкопленочных системах при ионном воздействии и его использование для расчета адгезионного межфазного взаимодействия // ВАНТ. Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. Вып. № 1 (73), 2 (74), Харьков, 1999, с. 178-183.
16. Физика твердого тела: Энциклопедический словарь: в 2 т. / Гл. ред. В.Г. Барьяхтар. - Киев: Наукова думка Т. 1: 1996. - 656 с.; Т.2: 1998. - 648 с.
17. Покрытия металлические и неметаллические, неорганические. Методы контроля. ГОСТ 9.302-88.
18. Schmidbauer S., Hahn J., Richter F. Adhesion of metal coatings on ceramics deposited by different techniques //Surface and Coatings Technology. – 1993. – Vol. 59. – P. 325-329.
19. Sheng Zhu, W. Wlosinski. Joining of AlN ceramic to metals usings sputtered Al or Ti films//Journal of Materials Processing Technology. – 2001. – Vol. 109. – P. 277-282.
20. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. – М.: Химия, 1977. – 351 с.
21. Liao Yi-de, Li Zhuang-yun, Tang Guo-qun. Evaluation for adhesion strength of coating and substrate by burying beforehand specimen//Journal of Wuhan University of Technology Mater Sci Ed. – 2003. – Vol. 18, Iss 1. – P. 31-35.
22. Демиденко Л. М. Высокоогнеупорные композиционные покрытия. – М.: Металлургия, 1979. – 216 с.
23. Ю.А. Марченко, Н.В. Перун, В.Н. Воеводин, А.Ф. Ванжа, В.А. Александров. Адгезионные свойства тонких металлических покрытий, нанесенных на стекло методом ионно-стимулированного осаждения // ВАНТ. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедени. 2009. № 4-2 (94), с. 298-301.
24. Gonczy S.T., Randall N. An ASTM standard for quantitative scratch adhesion testing of thin, hard ceramic coatings//J. of Applied Ceramic Technology. – 2005. – Vol. 12, Iss 5. – P. 422-428.
25. Фукс-Рабинович Г.С., Моисеев В.Ф., Кацура А.А. и др. Использование метода склерометрии для определения адгезионных свойств ионно-плазменных покрытий // Заводская лаборатория. – 1990. – № 2. – С. 95-98.
26. Ichimura H., Ishii Y. Effects of indenter radius on the critical load in scratch testing//Surf. And Coat. Techn. – 2003. – Vol. 165. – P. 1-7.
27. Маслов Е.Н. Теоретические основы процесса царапания металлов. – М.: Наука, 1968. – С. 24-44.
28. http://www.himikatus.ru/art/phase-diagr1/Mo-Si.php
29. Самсонов Г. В. Силициды / Самсонов Г. В., Дворина Л. А. Ридь Б. М. — М. : Металлургия, 1979 — 271 с.
30. Е.П.Нечипоренко, Н.С. Полтавцев, В.Л.Капустин, Ю.Т. Кондратов. Об-ласть гомогенности MoSi2 // Изв. АН СССР. Неорг. Матер. -, 1973. – Т. 9 . С. 1829-1830.
31. Борисенко А. И. Защита молибдена от высокотемпературной газовой коррозии / Борисенко А. И. // М.-Л.: Наука. 1960. – 86 с.
32. Борисов В. Г. Диффузионные Si-Cr-Fe-покрытия на молибдене / Бори-сов В. Г., Щербаков Э. Д., Крумина Н. К. // Металлургия. – Минск: Наука и техника, 1976. – Вып. 8. – С. 53–55.
33. А. Л. Бурыкина. Применение боридных покрытий в качестве диффузи-онных барьеров для тугоплавких металлов / А. Л. Бурыкина, Ю.В. Дзядыкевич, А. П. Эпик, Л. А. Сосновский // Неорганические и органо-силикатные покрытия. – Л.: Наука, 1975. – С. 195–203.
34. Дзядыкевич Ю. В. Повышение жаростойкости тугоплавких металлов / Дзядыкевич Ю. В. // Неорган. материалы. – 1994. – Т. 30. – № 11. – С. 1405–1408.
35. Литовченко С.В. Исследование структуры силицидных покрытий на молибдене / С.В.Литовченко // Вісник ХДУ. - № 1301, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. - Харків, 1998. – С. 222-224.
36. Литовченко С.В. Высокотемпературная стабильность силицидных по-крытий на молибдене и других тугоплавких металлах / С.В. Литовченко, Т.С.Маслова, Д.С. Матвиенко и др. // Вiсник Харкiвського унi-ту, № 529 – 2001. - сер. фiзична : «Ядра, частинки, поля», вип 3/15/. - 64-66 с.
37. Семашко Н.А. Акустическая эмиссия в экспериментальном материало-ведении / Семашко Н.А., Шпорт В.И., Марьин Б.Н. и др. // Под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Семашко Н.А., канд. техн. наук Шпорта В.И.. – М.: Машиностроение, 2002. – 240 с
38. Гусев О.В. Акустическая эмиссия при деформировании монокристаллов тугоплавких металлов / Гусев О.В.// М.:Наука,1982.- 101 с.
39. Грешников В.А. Акустическая эмиссия / Грешников В.А., Дробот Ю.Б. // М.: Изд-во стандартов, 1976. – 276 с.
40. Иванов В.И. Неразрушающий контроль: Справочник: в 7 т. / Под общ. ред. Клюева В.В. Т.7: в 2 кн. Кн.1: Иванов В.И., Власов И.Э. Метод аку-стической эмиссии. – М.: Машиностроение, 2005. – 829 с.
41. Прошкин Д.А. Изучение растрескивания окисных пленок на MoSi2 ме-тодом акустичес¬кой эмиссии / Прошкин Д.А., Барзов А.А., Лоску-тов B.C., Дарасов А.А. // Высокотемпературная защита материалов. - Л., 1981. – С. 25-30.
42. С.В. Литовченко, А.П. Петриченко, В.М. Береснев, И.Г. Киперь, Е.А. Витковский. Поведение композитов молибден – силицидное по-крытие при механических и термических нагрузках // ФИП, 2011. – Т. 9. - № 1. – С.78 – 84.
Цена, в рублях:

(при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)		 2000





Найти готовую работу


ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:


Связаться

Доставка любой диссертации из России и Украины

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ


Ссылки:

Выполнение и продажа диссертаций, бесплатный каталог статей и авторефератов

Счетчики:

Besucherzahler
счетчик посещений

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.