Shanin S.A. et al. 2018 Vol. 20 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 1 2018 69 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Модель формирования состава многослойного покрытия при осаждении из плазмы Сергей Шанин a, * , Егор Ефременков b Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия a http://orcid.org/0000-0002-9563-2830 , shanin_s@mail.ru , b http://orcid.org/0000-0001-6617-9152 , ephrea@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2018 Том 20 № 1 с. 69–79 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.1-69-79 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.793.1:621.359:533.9:519.876 История статьи : Поступила: 06 декабря 2017 Рецензирование: 23 декабря 2017 Принята к печати: 15 февраля 2018 Доступно онлайн: 15 марта 2018 Ключевые слова : Плазменное напыление Осаждение покрытия Перекрестные эффекты Связанная модель Финансирование : Работа выполнена в рамках про- граммы повышения конкурентоспо- собности ТПУ среди ведущих миро- вых исследовательских центров. АННОТАЦИЯ Современная техника эксплуатируется, как правило, в условиях высоких механических нагрузок и повы- шенных температур, что, в свою очередь, приводит к необходимости создания новых материалов, имеющих повышенные физико-механические свойства. Для повышения эксплуатационных свойств деталей машин все большее распространение получают методы магнетронного и вакуумно-дугового нанесения покрытий из тугоплавких материалов. Математическое моделирование является хорошей альтернативой подробных экспериментальных исследований, позволяющих изучить отдельные явления на разных стадиях роста по- крытия и дать прогноз относительно изменения состава и макроскопических свойств покрытия при варьиро- вании технологических условий. Это, в свою очередь, позволяет оптимизировать технологический процесс. Цель работы : определение степени влияния перекрестных эффектов, а также взаимного влияния процессов переноса на формирование состава многослойного покрытия при осаждении из плазмы на подложку. В ра- боте исследована связанная математическая модель формирования состава многослойного покрытия при осаждении из плазмы титана, хрома и азота. В модели учитываются влияние градиента напряжений на по- токи тепла и масс, термодиффузия и диффузионная теплопроводность. Методами исследования являются вычислительные методы. Результаты и обсуждение. Теоретически исследовано влияние перекрестных эф- фектов, а также взаимного влияния процессов переноса в формировании состава многослойного покрытия, осаждаемого из плазмы. Показано, что состав плазмы влияет на эволюцию состава покрытия. Определено, что учет переноса массы и тепла за счет градиента напряжений оказывает ощутимое влияние на состав по- крытия. Обнаружено, что для выбранных систем термодиффузия и диффузионная теплопроводность оказы- вают влияние на распределение концентраций только на начальной стадии процесса осаждения покрытия. Для цитирования: Шанин С.А., Ефременков Е.А. Модель формирования состава многослойного покрытия при осаждении из плазмы // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 1. – С. 69–79. – doi: 10.17212/1994-6309- 2018-20.1-69-79. ______ *Адрес для переписки Шанин Сергей Александрович , к.ф.-м.н., доцент Национальный исследовательский Томский политехнический университет пр. Ленина, 30, 634050, г. Томск, Россия Тел.: 8 (983) 230-20-99, e-mail: shanin_s@mail.ru Введение Современная техника эксплуатируется, как правило, в условиях высоких механических нагрузок и повышенных температур [1, 2], что приводит к необходимости создания новых ма- териалов, имеющих повышенные физико-меха- нические свойства. Кроме того, новые матери- алы востребованы в различных передаточных механизмах [3], где кроме увеличения прочно- сти очень важным является вопрос повышения антифрикционных свойств. Наиболее перспек- тивными материалами для нанесения покрытий служат тугоплавкие химические соединения типа нитридов, оксидов, карбидов [4–6]. По- вышенная коррозионная стойкость, твердость, износостойкость, делают использование этих соединений в современном материаловедении актуальным. Эксплуатационные характеристики материалов, такие как усталостная прочность, износо- и коррозионная стойкость и другие, за- висят от физико-механических свойств поверх- ностного слоя. Для увеличения ресурса работы изделий достаточно поверхностного модифици- рования материала за счет нанесения покрытия