Спосіб одержання багатошарового захисного покриття на основі тонких плівок дибориду танталу

Корисна модель належить до галузі техніки, а саме до нанесення зносостійких, корозійностійких, термостійких та інших покриттів, які можуть буди одержані на металевих та інших поверхнях за допомогою методів фізичного розпилення в вакуумі різноманітних мішеней, і може знайти практичне застосовування при виготовленні деталей машинобудування, металургії, хімічної, електронної промисловості та інше. Відомо, що тонкі плівки на основі фаз введення (бориди, карбіди та нітриди перехідних металів) мають привабливі, з точки зору їх практичного використання, фізико-механічні та інші властивості, які значно відрізняються від своїх аналогів в масивному стані - високу та надвисоку твердість, яка може бути поєднана разом з досить високою пластичністю, зносостійкість, великий опір ерозії, корозії й окислюванню, високу термічну стабільність [1]. Як прототип корисної моделі, що пропонується, обраний спосіб захисту від зношування за допомогою послідовного нанесення на різальну частину інструмента шарів титану та дибориду титану, з використанням різних видів магнетронного розпилення (на постійному струмі та високочастотного) і двох мішеней (титану та дибориду титану), що розпилюються [2]. Загальними суттєвими ознаками відомого способу і того, що заявляється, є використання магнетронного способу розпилення матеріалу мішені, використання як захисного покриття тонких плівок диборидів перехідних металів, нанесення багатошарового покриття, яке складається з двох або більше шарів, які мають різні фізикомеханічні властивості (твердість, модуль пружності). Недоліком відомого способу є те, що він потребує використання декількох магнетронів та двох мішеней, що розпилюються, які необхідні для послідовного розпилення різних матеріалів, завдяки чому і створюються багатошарове покриття з необхідними властивостями. В основу корисної моделі, що пропонується, поставлено задачу одержання багатошарової плівки на одній технологічній одиниці устаткування, в одному вакуумному циклі при використанні одного магнетрона та однієї мішені, що розпилюється, з одночасним збільшенням стійкості покриття і збереженням його високої твердості. Задача, що поставлена, вирішується завдяки послідовному нанесенню двох (або більше) шарів дибориду танталу, які мають різну структуру та фізико-механічні властивості, що є можливим завдяки застосуванню потенціалу зсуву, що подається в процесі нанесення на підкладку захисного покриття. Нижчій (перший) шар, що одержується з застосуванням негативного потенціалу зсуву, має твердість вищу за твердість сталевої підкладки і модуль пружності, близький за значенням до модуля пружності підкладки. Верхній шар, що одержується без застосування потенціалу зсуву, має високу твердість, а його модуль пружності достатньо близький за значенням до модуля пружності попереднього шару. Таким чином, поєднання двох зазначених шарів дозволяє значно зменшити напруження, що залишаються, завдяки чому підвищити зносостійкість покрить з одночасним збереженням їх високої твердості. Послідовна кількість таких шарів може бути різною в залежності від бажаного результату стосовно товщини, твердості, зносостійкості та інше. Заявлений спосіб здійснювався наступним чином. Покриття одержувались на установці УВН-75Р3 методом ВЧ-магнетронного розпилення (13.56МГц). Тиск робочого газу - 0.32 Па. Потужність ВЧ-генератора - 500Вт. Як мішень використовувався диск спеченої порошкової мішені дибориду танталу діаметром 120мм. Підкладками служили сталеві зразки. Товщина покрить складала 0.7-1мкм і контролювалася методом багатопроменевої інтерферометри (МII-4). Фазовий склад та структура плівок досліджувалися методом рентгенівської дифрактометрії (ДРОН-4, фільтроване СuKαвипромінювання), елементний склад - методом вторинної іонної мас-спектрометрії (МС-7201). Фазовий склад остаточно визначався за даними рентгенівської дифрактометрії з залученням результатів елементного аналізу. Контроль залишкової атмосфери в камері і складу робочого газу здійснювався за допомогою газового масаналізатора МХ-7304А. Твердість та модуль пружності покриттів знаходились за допомогою нанотвердоміра Nano Indenter-II (MTS Systems Inc., Oak Ridge, TN, USA). Приклад здійснення способу Спочатку на підготовлену підкладку протягом 30-60 хвилин наносився шар покриття з використанням режиму 1, а потім протягом такого ж часу - шар з використанням режиму 2. Середня швидкість росту плівки при режимі 1 складала 7нм/хв, при режимі 2-10нм/хв. Технологічні параметри одержання плівок наведенів таблиці 1 Таблиця 1 Режим отримання Склад мішені Струм, І Р,А Напруга, Uр, В Потенціал підкладки, В Фазовий Склад склад плівки робочого газу 1 ТаВ2 0.55 500 -75 ТаВ2 100% Аr 2 ТаВ2 0.5 550 0 ТаВ2 100% Аr Фізико-механічні властивості отриманих плівок наведені в таблиці 2. Параметр Н/Е - індекс пластичності матеріалу (оцінка стійкості матеріалу до пружної деформації руйнування). Для оцінки опору матеріалу пластичної деформації застосовувався параметр Н3/Е2. Таблиця 2 Режим отримання 1 Товщина плівки, мкм 0.4 Твердість Н, ГПа 11.5±1.7 Модуль пружності Е, ГПа 144±13 Н/Е Н3/Е2, ГПа 0,08 0,07 2 0.6 41.4±1.2 321±4 0,13 0,69 Використання корисної моделі, що заявляється, дозволяє за допомогою серійної промислової установки магнетронного розпилення з використанням одного магнетрону і однієї мішені, що розпилюється, одержувати в єдиному технологічному циклі багатошарові покриття дибориду танталу з бажаними наперед заданими фізикомеханічними властивостями. Джерела інформації 1. Андриевский Р.А., Калинников Г.В., Кобелев Н.П., Сойфер ЯМ., Штанский Д.В. Структура и физикомеханические свойства наноструктурных боронитридных пленок //ФТТ, 1997, том 39, №10, с.1859-1864 2. Panich N., Wangyao P., Hannongbua S., Sricharoenchal P. and Sun Y. Tribological study of nano-multilayered ultra-hard coatings based on TiB2 //Rev. Adv. Mater. Sci. 2006, №13, p.117-124.