книги / Термическое, термомеханическое и механическое поведение алюминия и его сплавов при различных методах их обработки
..pdf
5. Упругое восстановление We (работа упругого динамического вдавливания) – это способность материала упруго сопротивляться нагрузке (рис. 53).
Данная величина измеряется в процентах. Максимальное значение составляет 100 %. Качественно упругое восстановление определяется по графику нагрузки-разгрузки (см. рис. 53) при снятии нагрузки график стадии разгрузки 2 составляет угол с осью абсцисс, чем ближе график разгрузки 2 к углу 90°, тем меньше упругое восстановление. Максимальное значение 100 % будет в том случае, когда графики стадии нагружения и разгрузки будут параллельны [114].
4.4.7. Механические испытания покрытий
Технология определения физико-механических свойств покрытияобразцаимеетследующуюпоследовательность(см. рис. 52–54):
1. Подготовка образцов. Необходимо для определения физикомеханических свойств ровная поверхность исследуемого образца с микрошлифом. Для этого образец изготавливают плоской формы, с параллельнымоснованием, послечегонаноситсяисследуемоепокрытие.
Рис. 54. Интерфейс программы Indentation version 4.29
121
2. Определение физико-механических свойств. Образец с покрытием 1 устанавливается на столе установки Micro-combi tester (см. рис. 49) в специальных тисках и закрепляется. Предварительно поверхность покрытия протирают мягкой ветошью для удаления микрозагрязнений. В программе Indentation version 4.29 назначаются точки индентирования (см. рис. 54).
С учетом выпадающих значений рекомендуется задавать 5–10 точек. С помощью головки с закрепленным в ней индентором установка методом кинетического (непрерывного) индентирования выполняет внедрение головки индентора на 10–20 % от глубины слоя уколы. По полученным данным программа строит графики индентирования и подсчитывает физикомеханические свойства (см. рис. 54). Действие повторяется для всех заданных точек [114].
122
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Frank W., Koch G., Mills J. Aluminum: Properties and Physical Metallurgy // American Society for Metals. Ohio. 2005. Vol. 1. P. 1-24.
2.Конструкционные материалы ядерной техники / Б.А. Калин, П.А. Платонов, И.И. Чернов, Я.И. Штромбах // Физическое материаловедение: учеб. для вузов: в 6 т. / МИФИ. М., 2008. Т. 6,
ч. 1. 672 с.
3.Состав – структура – свойства цветных металлов и сплавов, полимерных материалов / А.К. Вершина, Н.А. Свидунович, Д.В. Куис, О.Ю. Пискунова // Лабораторный практикум по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для студ. хим. и технол. спец. / БГТУ. Минск, 2010. 63 с.
4.Cobden R., Banbury A. Aluminium: Physical Properties, characteristics and Alloys // Training in Aluminium application technologies. European Aluminium Association. 1994. Lecture 1501. P. 60.
5.Александров В.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учеб. пособие / Сев. (Арктический) федер. ун-т. Архангельск, 2015. Ч. 1. 327 с.
6.Николаев Г.А., Фридляндер И.Н., Арбузов Ю.П. Свариваемые алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1990. 296 с.
7.Зиновьев В.Е. Справочник по теплофизическим свойствам металловпривысокихтемпературах. М.: Металлургия, 1996. 581 с.
8.Stull D.R., Prophet H., JANAF Thermochemical Tables // NSRDS-NBS. Washington, D.C. 1971. Vol. 37, № 2. P. 1141.
9.Теплоты и температуры плавления и испарения элементов
всвободном виде / М.С. Анцыферов, К.В. Астахов, М.П. Вукалович [и др.] // Справочник машиностроителя. М.: Машгиз, 1956.
№ 2. С. 562.
10.Materials-Microstructure and properties. URL: https://www. european-aluminium.eu/media/1534/aam-materials-4-microstructure- and-properties.pdf (accessed 08 November 2020).
11.Threadgill P.L. Friction stir welding of aluminium alloys // Sci. Technol. Weld. Join. 2007. № 12 (4). P. 357–360.
123
12.Frolova V.P. Generation of multi-charge and multicomponent impulse ion beams on the basis of heavy-current vacuum arc of micro-second activity. PhD Thesis. Tomsk, 2018. 135 p.
13.Barchenko V.T., Vetrov N.Z., Lisenkov A.A. Technological capabilities of vacuum-arc plasma sources // Journal Vakuum in Forschung Und Praxis. 2014. Vol. 26, № 5. P. 19–23.
14.On the possibility of synthesizing multilayered coatings in the (Ti,Al)N system by RGPP: A microstructural study / A.El. Mouatassim, M.J. Pac, F. Pailloux, G. Amiard, P. Henry, C. Rousselot, D. Eyidi, M.H. Tuilier, T. Cabioc'h // Journal Surface and Coatings Technology. 2019. № 374. P. 845-851.
15.Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. Springer Inc., New York. 2008.
16.Vacuum-arc discharge on integral-cool cathode / A.A. Lisenkov, V.T. Barchenko, V.D. Goncharov, A.S. Zheukhin // Journal Instrument and Technologies. Russia. 2010. № 34. P. 43–56.
17.Preparation of CuAlO2 Thin Films by Radio Frequency Magnetron Sputtering and the Effect of Sputtering on the Target Surface / T. Ehara, R. Iizaka, M. Abe, K. Abe, T. Sato // Ceramic Science and Technology. 2017. Vol. 8, № 1. P. 7–12.
18.Каменева А.Л., Белянин А.Ф., Самойлович М.И. Изучение процесса формирования наноструктурированных покрытий на основе Ti-B-Si-N при магнетронном распылении // Высокие технологии в промышленности России: материалы XII междунар.
науч.-техн. конф. М., 2006. C. 211–221.
19.Batrakov A.V. Vacuum-Arc Anode Phenomena: New Findings and New Applications // Proceedings – International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, ISDEIV. 2018. Vol. 1. P. 181–184. URL: https://doi:10.1109/DEIV.2018.8536980
20.Tai C.N., Kon E., Akari K. Macroparticles on TiN Films Prepared by Arc Ion Platin Process // Surface and Coatings Technology. 1990. Vol. 43–44. P. 324–335.
21.Mubarak A., Hamzah E., Toff M.R.M. Study of macrodroplet and growth mechanisms with and without ion etchings on the proper-
124
ties of TiN coatings deposited on HSS using cathodic arc physical vapour deposition technique // Materials Science and Engineering:
A.2008. Vol. 474, № 1-2. P. 236–242.
22.Boxman R. L., Goldsmith S. Macroparticle contamination in cathodic arc coatings: generation, transport and control // Surface and Coatings Technology. 1992. Vol. 52. P. 39–50.
23.Eizner B.A. Scientific bases of technological processes of applying ply component coatings of different functional purposes by electrical arc method. Doctoral Thesis. Minsk, 1993.
24.Modification of cathode surface in magnetron spray system /
V.V. Bobkov, V.V. Gritsyna, V.T. Gritsyna, I.A. Afanasieva, D.I. Shevchenko // Journal of Surface Investigation. 2016. Vol. 10,
№6, Р. 1239–1265.
25.Jüttner B., Kleberg I. The retrograde motion of arc cathode
spots in vacuum // Journal Phys D: Appl Phys. 2000. № 33.
P.2025–2036.
26.Puchkarev V.F., Murzakayev A.M. Current density and the cathode spot lifetime in a vacuum arc at threshold currents // Journal Phys D: Appl. Phys. 1990. № 23. P. 26–35.
27.Effect of work function and cohesive energy of the constituent phases of Ti-50 at.% Al cathode during arc deposition of Ti-Al-N coatings / B. Syed, M.J. Jöesaar, P. Polcik, S. Kolozsvari, G. Håkansson, L. Johnson, M. Ahlgren, M. Odén // Surface and Coatings Technology. 2019. № 357. P. 393–401.
28.Antsiferov V.N., Kameneva A.L. Experimental study of the structure of multicomponent nanostructured coatings on the basis of Ti-Zr-N alloys formed by ionic plasma methods // Russian Journal of Non-ferrous metals. 2007. Vol. 48, № 6. P. 485–499.
29.Chernyaev V.N. Technology for the production of integrated circuits and microprocessors // Radio and communications. Russia. 2007. № 2. P. 464.
30.Thermal stability and oxidation resistance of architecturally designed Ti–Al–N and Ti–Al–Ta–N-based multilayers / C.M. Koller,
125
S.A. Glatz, S. Kolozsvari, H. Bolvardi, P.H. Mayrhofer // Journal Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 385, № 125444.
31.Chernyaev V.N. Manufacturing technology of integrated circuits and microprocessors // Radio and communication. Moscow, 2007. № 2. P. 464.
32.Морфологические особенности рельефа на поверхности мишеней при бомбардировке ионами / А.Ф. Белянин, М.И. Самойлович, Д.В. Александров, П.В. Пащенко, М.А. Тимофеев, А.Л. Каменева, А.Л. Талис // Тонкие пленки в электронике: мате-
риалы XVI междунар. симп. М., 2004. С. 302–310.
33.Kameneva A.L., Guselnikova L.N., Soshina T.O. An influence of a substrate voltage bias and temperature conditions on structure and phase modification in single-component ion-plasmas’ films // Journal of Surface Science and Nanotechnology. 2011. № 9. P. 34-39.
34.Каменева А.Л. Установление корреляционной связи процесса формирования пленок на основе Ti-Al-N методом электродугового испарения и процессами, протекающими на поверхности испаряемых катодов // Вестник ПГТУ. Машиностроение, ма-
териаловедение. 2010. Т. 12, № 4. С. 138–145.
35.Lars J., Johnson S. Nanostructuring and Age Hardening in TiSiCN, ZrAlN, and TiAlN thin films // Linköping Studies in Science and Technology. Department of Physics, Chemistry, and Biology (IFM), Linköping University, SE-581 83 Linköping, Sweden, 2010. Licentiate Thesis No. 1442.
36.Каменева А.Л., Сушенцов Н.И., Трофимов Е.М. Изучение влияния технологических и температурных условий формирования пленок на основе Ti-Al-N методом электродугового испарения на их структуру, свойства, механизм и стадии формирования // Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. 2010. Т. 12, № 1. С. 63–75.
37.Kameneva A.L., Karmanov V.V., Dombrovsky I.V. Physical
and mechanical properties of Ti1-хAlхN thin films prepared by different ion-plasma methods // Research J. of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2014. Vol. 5, № 6. P. 762–771.
126
38.Белянин А.Ф. Выращивание плазменными методами пленок алмаза и родственных материалов (алмазоподобных, нитрида алюминия, оксида цинка) и применение многослойных структур на основе этих пленок в микро- и акустоэлектронике: дис. … д-ра техн. наук / ОАО ЦНИТИ «Техномаш». М.: 2004. 388 с.
39.Knutsson A. Thermal stability and mechanical properties of TiAlN-based multilayer and monolithic coatings. Department of Physics, Chemistry and Biology, Nanostructured Materials. Linköping University, The Institute of Technology, 2012. P. 76.
40.Data on the effect of structure, elemental and phase composition gradient of nitride multilayer coatings on corrosion protection of
different substrates in 3 % NaCl and 5 % NaOH solutions / A.L. Kameneva, V.I. Kichigin, N.V. Lobov, N.V. Kameneva // Data in Brief. 2019. № 27. P. 104796.
41. Influence of microstructure on hardness and thermal conductivity of hardmetals / A. Vornberger, J. Potschke, T. Gestrich, M. Herrmann, A. Michaelis // J. Refractory Metals and Hard Materials. 2020. № 88. P. 105170.
42.Rogström L. High temperature behavior of arc evaporated ZrAlN and TiAlN thin films // Nanostructured Materials Department of Physics. Chemistry and Biology (IFM) Linkӧping University. Sweden, 2012.
43.Mayrhofer P.H., Music D., Schneider J.M. Influence of the Al distribution on the structure, elastic properties, and phase stability
of supersaturated Ti1−xAlxN // J. Appl. Phys. 2006. Vol. 100, № 9. P. 094906.
44.Fracture toughness and structural evolution in the TiAlN system upon annealing / M. Bartosik, C. Rumeau, R. Hahn, Z.L. Zhang, P.H. Mayrhofer // J. Sci. Rep. 2017. № 7. P. 16476.
45.Influence of phase transformation on the damage tolerance of Ti-Al-N coatings / M. Bartosik, H.J. Böhm, C. Krywka, Z.L. Zhang, P.H. Mayrhofer // Vacuum. 2018. Vol. 155. P. 153–157.
46.Effects of A l contents on microstructures of Cr1-xAlxN and Zr1-xAlxN coatings synthesized by cathodic arc method / Hasegama
127
Hiroyuki [et al.] // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 200.
P.2409-2413.
47.Phase Stability and Elasticity of TiAlN / I.A. Abrikosov, A. Knutsson, B. Alling, F. Tasnádi, H. Lind, L. Hultman, M. Odén // Materials. 2011. № 4. P. 1599–1618.
48.Alling B., Karimi A., Abrikosov I.A. Electronic origin of the isostructural decomposition in cubic M1−xAlxN (M = Ti, Cr, Sc, Hf):
A first-principles study // Surf. Coat. Technol. 2008. № 203.
P.883–886.
49.Thermal stability of arc evaporated high aluminum-content
Ti1−xAlxN thin films / A. Hörling, L. Hultman, M. Odén, J. Sjölén, L. Karlsson // J. Vac. Sci. Technol. 2002. A20. P. 1815–1823.
50.Mechanical properties and machining performance of
Ti1−xAlxN -coated cutting tools / A. Hörling, L. Hultman, M. Odén, J. Sjölén, L. Karlsson // Surf. Coat. Technol. 2005. №191. P. 384–392.
51.Decomposition pathways in age hardening of Ti-Al-N films / R. Rachbauer, S. Massl, E. Stergar, D. Holec, D. Kiener, J. Keckes, J. Patscheider, M. Stiefel, H. Leitner, P.H. Mayrhofer // J. Appl. Phys. 2011. № 110 (2):023515. DOI: 10.1063/1.3610451
52.Pressure-dependent stability of cubic and wurtzite phases within the TiN-AlN and CrN-AlN systems / D. Holec, F. Rovere, P.H. Mayrhofer, P.B. Barna // Scripta Mater. 2010. № 62. P. 349–352.
53.Xia Q., Xia H., Ruoff A.L. Pressure-induced rocksalt phase of aluminum nitride: A metastable structure at ambient conditions // J. Appl. Phys. 1995. № 73. P. 8198-8200.
54.Kameneva A.L. Model of Structural Zones of the TiN and TiAlN Coatings Formed by the Arc Evaporation of Metal in an Active Gas Medium // Russian J. of Non-Ferrous Metals. 2013. Vol. 54, №6. P. 541-547.
55.Каmеnеvа А.L. Models of structural zones for sputtered and evaporated thin films // Research J. of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2015. Vol. 6, № 5. P. 464–474.
56.Каmеnеvа А.L. Evolution of the Film Structure in the Various Evaporation Processes // Research J. of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2015. Vol. 6, № 1. P. 1381–1391.
128
57.Kameneva A.L. The influence of aluminum on the texture, microstructure, physical, mechanical and tribological properties of
Ti1-xAlxN thin films // Research J. of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2014. Vol. 5, № 6. P. 965–975.
58.Kameneva A.L., Kichigin V.I. Corrosion, wear, and friction behavior of a number of multilayer two-, threeand multicomponent
nitride coatings on different substrates, depending on the phase and elemental composition gradient // Applied Surface Science. 2019.
№489. P. 165–174.
59.PalDey S., Deevi S.C. Single layer and multilayer wear resistant coatings of (Ti,Al)N: a review // Materials Science and Engineering. 2003. Vol. A342. Р. 58–79.
60.Thermal stability and oxidation resistance of Ti–Al–N coatings / L. Chen, J. Paulitsch, Y. Du, P.H. Mayrhofer // Surface & Coatings Technology. 2012. № 206. P. 2954–2960.
61.Mechanical properties and microstructural evolution of TiN coatings alloyed with Al and Si / L. Chen, Y. Du, S.Q. Wang, A.J. Wang, H.H. Xu // Materials Science and Engineering. 2009. A 502. P. 139–143.
62.Структурообразование пленок Ti-Al-N под влиянием температурных условий их формирования / А.Л. Каменева, В.В. Карманов, Т.О. Сошина, Д.В. Каменева, Н.В. Винокуров // Технология металлов. 2012. № 10. С. 35–43.
63.Каменева А.Л., Карманов В.В. Влияние фазового и эле-
ментного состава Ti1-хAlхN системы на ее физико-механические свойства // Технология металлов. 2012. № 11. С. 31–36.
64.Holec D., Rachbauer R., Chen L., Wang L., Luef D., Mayrhofer P.H. Phase stability and alloy-related trends in Ti-Al-N, Zr-Al-N and Hf-Al-N systems from first principles // Surface and Coatings Technology. 2011. Vol. 206. P. 1698–1704.
65.Каменева А.Л. Влияние основных фаз и предельной кон-
центрации Al на строение и свойства Ti1–xAlxN пленок // Высокие технологии в промышленности России: материалы XIX Между-
нар. науч.-техн. конф. М., 2014. С. 207–212.
129
66.Каменева А.Л., Трофимов Е.М. Изучение влияния технологических и температурных условий формирования пленок на основе Ti-Al-N методом электродугового испарения на их структуру, свойства, механизм и стадии формирования // Вестник ПГТУ. Машиностроение. Материаловедение. 2010. Т. 12, №1. С. 63–75.
67.Технология тонких пленок / под ред. Л. Майссела и Р. Глэнга. М.: Советское радио, 1977. Т. 1. 662 с.
68.Морфологически зависимый акустический резонанс в тонких пленках: лазерная генерация акустических колебаний / Н.В. Чернега, М.И. Самойлович, А.Г. Кудрявцева [и др.] // Высокие технологии в промышленности России: материалы XIV Меж-
дунар. науч.-техн. конф., 2009. С. 376–382.
69.Белянин А.Ф., Самойлович М.И. Наноматериалы: мо-
ногр. М., 2006. 241 с.
70.The effect of Al composition on the microstructure and mechanical properties of WC-TiAlN superhard composite coating / J.S. Yoon, H.Y. Lee, J.G. Han, S.H. Yang, J. Musil // J. Surface and Coatings Technology. 2001. Vol. 142–144. P. 596–602.
71.Nanocrystalline thin films synthesized from a Ti2AlN compound target by high power impulse magnetron sputtering technique / Teng Fei Zhang, Qi Min Wang. Junghoon Lee, Peiling Ke, Roman Nowak, Kwang Ho Kim // J. Surface and Coatings Technology. 2012.
№212. P. 199–206.
72.Kameneva А., Kameneva N., Karmanov V. Quantitative cor-
relations between wear behavior of Ti1-xAlxN coating, structural transformations of the substrate WC-Co and coating itself during cathodic arc evaporation // MATEC Web of Conferences. 2020. Vol. 329, 02028.
73.Карманов В.В., Каменева А.Л., Карманов В.В. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: материалы 10-й междунар. науч.-практ. конф. Воркута, 2012. С. 365–369.
74.Карманов В.В., Каменева А.Л., Карманов В.В. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов: сущность и
130