CC BY
18
Alexander p. Kuzmenko, doctor of Phys.-math.Ph. D., Professor Southwest state University, Kursk, Russia SPUN films of CdS QUANTUM DOTS
In the article the proposed method of obtaining ultra-thin films on the basis of CdS quantum dots using Microcentrifuges "MiniSpin" and select the optimal mode of their formation by analyzing monochromatizing confocal images. Variable parameters were the speed of the centrifuge, the volume of the solution applied to the substrate, the duration of rotation. Based on the obtained optical confocal images of the surfaces of the formed films, families of curves were constructed, which allowed to establish both the continuity and regularity of their structure and rational modes of formation.
Key words: quantum dots, cadmium sulfide, centrifugation, films, confocal microscopy. УДК 621.762
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ НА СВОЙСТВА ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ
Чарыев Алексей Исмаилович, студент (e-mail: [email protected]) Лавро Виктор Николаевич, доцент (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет, Россия
В работе были выполнены исследования по оценке влияния химического состава быстрорежущей стали на структуру и физико-механические свойства ионно-плазменного покрытия TiN. На основании исследований было установлено что при обработке резанием различных материалов необходимо менять покрытие , а не марочный состав быстрорежущей стали, как это часто бывает на предприятиях.
Ключевые слова: покрытие, плазма, сталь, свойства химического состава, катод.
Данная работа посвящена актуальной проблеме повышения качества ионно-плазменных покрытий из тугоплавких металлов при упрочнении режущего инструмента из быстрорежущих сталей. Промышленными предприятиями для изготовления режущего инструмента различного назначения используются более 10 марок быстрорежущих сталей. Часть этого инструмента используется с ионно-плазменными покрытиями .
В работе проведены исследования по оценке эффективности применения большой номенклатуры быстрорежущих сталей для режущего инструмента с покрытием TiN.
Исследования выполнялись на образцах диаметром 15 мм , толщиной 6 мм из 5 марок стали Р18 , Р9К5, Р6М5Ф3, Р9М4К8, Р12Ф2К8М3, после термообработки стали имёют твёрдость HRC = 62-56 единиц. Исследования структуры и элементный анализ покрытий выполнялись на растровом электронном микроскопе JEOL JSM-6390A.
Определение интегрального параметра качества покрытия проводилось по методу анодно-поляризационного инициирования дефектов (АПИД) на приборе ПККП-1 [1].
Нанесение покрытий из сталей Р18, Р9К5, Р6М5Ф3, Р9М4К8, Р12Ф2К8М3 выполнялись на модернизированной установке "Юнион" по методу КИБ [2].
В данной работе в качестве катода используется чистый титан марки ВТ-1-00. Технологические параметры нанесения ионно-плазменного покрытия Т1К приведены в таблице 1.
Таблица 1
Технологические параметры нанесения ионно-плазменного покрытия Т1К на образцы из стали Р18, Р9К5, Р6М5Ф3, Р9М4К8, Р12Ф2К8М3.
1. Н.Т.О. (низкотемпературная очистка)
ир( Напряжение разряда) =127 В !н( Ток нагрева и эмиттера электронов) =22.4 А т=10 мин
1р(Ток разряда) =1,9 А Гэн(Ток электромагнитной катушки) =3.36 А Ра(Давление аргона)= 2*10-4 тор(5*10-2)
2. И.О. (ионная очистка)
IД (Ток дуги испари-теля)=100А и ОП (Напряжение на подложке) =1000 В т (Время нагрева и очистки изделия) =15 мин
IФ (Ток фиксирующей катушки) = 0,4 А К(Ионный ток плазмы) = 0.5А Т(Температура нагрева изделия)=5000С
Iст (Токстабилизи-рующей катушки) = 2,8 А Рост(Давление азота в камере) =3*10-5тор (6*10"3Па)
3. Конденсация TiN
IД=100 А иОП=100 В т (Время конденсации покрытия) =20мин
IФ =0.4А К =0.5 А Т= 5000С
Iст = 2.8 А р 1 ы2 (Давление азота в камере) =5 10-4 тор(6*10-2Па)
Первый этап - низкотемпературная очистка, проводится чтобы не перегреть сталь. Второй этап - ионная очистка, удаляет загрязнения и забивает микродефекты на поверхности, убирает загрязнения из вакуума. Третий этап - конденсация покрытия в азоте.
Нанесение покрытий из выполнялись на модернизированной установке "Юнион" по методу КИБ [2]. Внешний вид установки представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Установка "Юнион"
Структура и элементный анализ сталей используемых в работе представлен на рисунках 2-6. Структура снята с увеличением 3000.
Рисунок 2 Структура и элементный анализ стали Р18 с покрытием Т1К
0 О
л
и
г) £
о
1 й 1
i
1 1 1
1 1 1 1 1
О.ОА 1.00 2.00 3.00 4.00 1М 6.00 7.00 8.00 Э.00 10.00
bV
ZAF Method Standaraless quantitative Ar.alyais Fitting Coefficient : 0.7140
Element (teV) Haast iriorl At ami Compound Maasl Cation К
N К 0.39Z 12.71 Z.55 31.¿4 Z9.Z344
li К 1.S08 B7.2S 1.67 (¡.li 64..3765
Total 1D0.00 10D.H0
Рисунок 3 Структура и элементный анализ стали Р9К5 с покрытием TiN
г. U
-
й
. 3 H
• d
н и m A У
l> И И
h н _k_
L L. I
2.00 3.00
5.00 б.ОО teV
8.00 9.00 10.00
ZhF Method Standardle°s QtltniitltiVi Ar.alyaii Fitting Coefficient : 0.7098
Element (keVI Itllll Eriorl Atom! Conpound
N К 0.39Z IS.70 J.11 3t.il
li К 4.SO! 94.30 1.79 61.03
Total 190.00 10П.OH
Hint Cation
34.;ez5 iB.3B8S
Рисунок 4 Структура и элементный анализ стали Р12Ф2К8М3 с покрытием
TiN
ÎMÛ-
г.
и
я h
я M
и vt я
1 h Í s
! F
L 4 — i i
0.00 1.00
3.00 4.00
5.00 teV
6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
ZAF Method Standardlesj juantitative Sr.alyaia Fitting Coefficient : 0.7014
Element (keVI Error! Atom! Conpiund Maaat Cation К
N К 0.392 18.12 2.32 43.39 17.Í71S
Ti ЕС 4.ÍBB BUS 1.7J S6.31 6Э.ЭЕ5В
Total IDO.DO ÍOD.CÍ
Рисунок 5 Структура и элементный анализ стали Р9М4К8 с покрытием TiN
004
3000 - !
2700 -2400 -2100 -
1
18001500 -
1200 - i ti
опп - í h
600300 - p. о ft 11 y -1 J
н I
0- J 1
1 1 1 1 — 1
0.00 1.00 1.00 3.00 4.00
Î.OO ш tíV
7.00 S.00 9.00 10.00
¿hF Method Stlftdtralltl Quantitative Ar.alyais Fitting Coefficient : 0.7031
Element (liV) Haast Error! Atom» Compound Haast Cation K
N E 0.352 13.1Î Z.3B 3i.DE 29.SS7Î
li E 4.SDE Si.S3 1.75 65.94 {3.51SD
Total 1D0.00 lOD.DD
Рисунок 6 Структура и элементный анализ стали Р6М5Ф3 с покрытием
TiN
Структурный анализ показал хорошую однородность и целостность покрытия Т1К. В покрытие наблюдается наличие капельной фазы, размером примерно 0,5 до 5 мкм. В целом покрытие нанесено без явных дефектов. В таблице 2 представлен химический состав сталей Р18, Р9М4К8,
СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ, №2 (23), 2019 179 Р6М5Ф3, Р9К5, Р12Ф2К8М3.
Таблица 2. Химический состав сталей Р18, Р9М4К8, Р6М5Ф3, Р9К5,
Р12Ф2К8М3
0,2 25
Для оценки качества покрытия использовали метод АПИД (анодно-поляризационного инициирования дефектов), который показывает совокупность физико-химических свойств покрытий, определяющих, уровень износостойкости режущего инструмента с покрытиями [1]. Полученные данные показаны в таблице 3., диаграмме 1.
Таблица 3
П олученные в ходе исследования данные.
марка Тип покрытия Q0 * 10-6 ( Кл) Qп * 10-6 (Кл) К
Р18 ПК 520 110 0.78
Р9К5 ПК 530 115 0.8
Р6М5Ф3 ПК 550 120 0.79
Р9М4К8 ПК 510 112 0.77
Р12Ф2К8М3 ПК 520 113 0.77
Р( ! Сг V Мо С Б1 Мп Со 1\Н Б Р Си
Р18 73 4 1,4 <1 0,8 0,5 0,5 0,5 0,4 0 03 0 03
Р9М4К8 70 3- 3,6 2,3- !,7 3,8-4 ,3 1-1,1 0,2-0 ,5 0,2- 0,5 7,5- 8,5 0,6 0 03 0 03
Р6М5Ф3 79 3,8-4, 3 2,3- !,7 4,8-5 ,3 0,95-1 ,05 <0,5 <0,5 <0,! 1 <0, 4 <0,0 25 <0,0 3
Р9К5 74 3,8-4, 4 2,3- ,7 <1 0,9-1 0,2-0 ,5 0,2- 0,5 5,0- 6 <0, 5 <0,С 3 <0,0 3 <0,
Р12Ф2К8 М3 70 3,8-4, 3 2,5-. ! <1 0,95-1 ,05 <0,5 <0,5 <0,1 <0, 4 <0,0 3 <0,0 3
Интегральный параметр качества покрытия(К) считается по формуле 1, где Qo и Qпокр количества электричества прошедшее через электролитическую ячейку в процессе поляризации поверхности образца без покрытия и с покрытием. Параметр К варьируется от 0 до 1.
К=^0^покр)^0 (1)
Рисунок 11. Результаты измерения интегрально параметра качества сталей с различным химическим составом и покрытием Т1К
Выводы:
-химический состав исследуемых быстрорежущих сталей представленных в таблице не влияет на свойства покрытия TiN , уровень которых для покрытия остается постоянным;
- интегральный параметр качества изменяется от 0.77 до 0.8, исходя из этого, считаем что он находится в одном диапазоне измерения, разброс составляет 0,03, что находится в пределах погрешности.
- у исследуемых марок сталей с покрытием отсутствует переходная зона между покрытием и инструментальным материалом, что говорит о невозможности протекания диффузионных процессов в условиях получения покрытий.
- на основе проведённых исследований можно рекомендовать выбирать более дешёвую сталь (Р5М5) и варьировать различные типы покрытий в зависимости от обрабатываемого материала, а не менять марку стали.
Список литературы
1. Лавро В.Н. Определение свойств вакуумно-плазменных покрытий методом АПИД. - Самара: Самарский государственный технический университет, 2013.-12с
2. Григорьев С.Н. Метод повышения стойкости режущего инструмента: учебник. Машиностроение, 2009.-368.
Lavro Vicktor Nikolaevich, associate professor Charyev Aleksei Ismailovich, student Samara state technical university, Samara, Russia
A STUDY OF THE INFLUENCE OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF HIGH SPEED STEEL ON THE PROPERTIES OF ION-PLASMA COATINGS Abstract.The work carried out studies to assess the effect of the chemical composition of high-speed steel on the structure and physical and mechanical properties of the ion-plasma coating TiN. On the basis of research it was found that when cutting different materials it is necessary to change the coating , not the branded composition of high-speed steel, as is often the case in enterprises.
Keywords: coating, plasma, steel, chemical composition properties, cathode.
