Механические свойства наноструктурных покрытий (Fe)х(Al2o3)100-х

И.М.Трегубов, аспирант, М.С.Добрынин, студент гр. ПФ-101, О.В. Стогней

Кафедра физики твердого тела

Проведено исследование износостойкости, микротвердости и адгезионной прочности тонкопленочных нанокомпозиционных покрытий Fe_х(Al₂O₃)_100-х в широком интервале концентраций металлической фазы (30  х ат. %  95).

Образцы нанокомпозитных покрытий были получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней. Совместное осаждение компонент материала производилось на ситалловые (СТ-50) и стальные (12Х18Н10Т) подложки, на поверхности которых, в результате процессов самоорганизации, происходило формирование двухфазной структуры. Химический состав образцов контролировался рентгеновским электронно-зондовым микроанализом. Толщина полученных покрытий составляла ~ 6 ÷ 8 мкм.

Исследование структуры композитов производилось на более тонких образцах (600 – 800 А), напыленных на монокристаллы NaCl, с помощью просвечивающего электронного микроскопа FEI Tecnai G2 20F S TWIN. Исследование износостойкости композиционных покрытий, нанесенных на стальные подложки, проводилось с помощью автоматизированной машины трения (High-Temperature Tribometer, CSM Instruments, Швейцария) по схеме испытания “шарик-диск”. Измерение микротвердости нанокомпозитов нанесенных на ситалловые подложки осуществлялось на приборе ПМТ-3М при нагрузке 0,245 Н и 0,49 Н с использованием индентора Кнупа.

Анализ электронограмм показывает, что фазовый состав плёнок с минимальным (30 ат. %) и максимальным (95 ат. %) содержанием металлической фазы не отличается. В композитах присутствуют две фазы: железо и оксид алюминия, меняется лишь их соотношение. Фаза железа во всех случаях кристаллическая, однако изменение состава композита приводит к изменению степени её дисперсности. Оксид алюминия является аморфным, что подтверждается наличием характерного гало на электронограммах, полученных от композитов.

Исследование износостойкости стальной подложки и композиционных покрытий (Fe)_х(Al₂O₃)_100-х, показало, что износостойкость композитов выше износостойкости стали. Для стали фактор износа составил: 6,610^-4 мм³Н^-1м^-1, при прикладываемой нагрузке на контртело 2 Н. Нанесение на стальную подложку наногранулированного композита Fe_х(Al₂O₃)_100-х приводит к снижению фактора износа, измеряемого при нагрузке на держатель контр тела 2 Н до 3,510^-5 ÷ 11,6310^-5 мм³ Н^-1м^-1, в зависимости от содержания металлической фазы. Исследование концентрационной зависимости микротвердости нанокомпозитов Fe_х(Al₂O₃)_100-х, нанесенных на ситалловые подложки, показало, что микротвердость композитов, независимо от количества металлической фазы, выше, чем микротвердость чистой ситалловой подложки и выше микротвердости покрытия из чистого напыленного железа и покрытия из напыленного оксида алюминия (Al₂O₃). Полученные результаты свидетельствуют о том, что микротвердость наногранулированных композитов Fe_х(Al₂O₃)_100-х достигает максимального значения (1800 единиц твердости по Кнупу) при концентрации железа 80 ат. %. Можно предположить, что такое изменение значений микротвердости обусловлено особенностями структуры материала, а так же специфической природой деформации в таких системах.

УДК 537.32