Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 81 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП подвергнутых кумулятивной обработке при нанесе- нии покрытий на титан. В то же время известно по- ложительное влияние многослойных углеродных на- нотрубок на прочностные свойства композиционных материалов. Поэтому представляет интерес исследо- вание влияния таких нанотрубок на формирование структуры покрытия при кумулятивном нанесении покрытий. Цель настоящей работы – исследование особен- ностей формирования структуры покрытий, полу- ченных методом кумулятивного синтеза нанострук- турных смесей, содержащих порошок диоксида циркония, и многослойных углеродных нанотрубок на поверхностях титановых подложек. Методика проведения исследований Для получения наноструктурного покрытия на титановых подложках был использован метод куму- лятивного синтеза облицовок, разработанный в Ин- ституте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. В проведенных опытах были использованы конические кумулятивные облицовки, изготовлен- ные из механических смесей порошков нанокри- сталлического диоксида циркония, многослойных углеродных нанотрубок, взятых в одинаковых про- порциях. В смесь также добавлялся и нанокристал- лический бор. После тщательного перемешивания смесь засыпали в зазор между двумя соосными ко- нусами, изготовленными из тонкой фильтровальной бумаги. Угол раствора конуса облицовки α состав- лял 30°, фокус 300 мм. Для увеличения толщины покрытия таблетки-подложки (диаметр 20, толщина 10 мм) подвергались воздействию кумулятивного потока дважды. Для микроструктурного исследования покрытий использовали растровый электронный микроскоп Carl Zeiss EVO50 с приставкой EDS X-Act (Oxford Instruments). Для исключения влияния на результаты исследования возможных загрязнений образцы под- верглись чистке в ультразвуковой ванне в течение 30 минут. Кроме изучения участков покрытия с харак- терным рельефом, параллельно проводилось иссле- дование элементного состава интересующих обла- стей и включений. Рентгеноструктурное исследование покры- тий, полученных методом кумулятивного синтеза, осуществлялось с помощью дифрактометра ARL X’TRA с фильтрованным Cu K α или Co K α излучени- ями. Съемка велась по точкам с шагом 0,05º. Опре- деление параметров решетки проводилось по отра- жениям в интервале углов 20º < 2θ < 85º. Разделение перекрывающихся рентгеновских максимумов вы- полнялось с помощью компьютерной программы на основе минимизации отклонения суммарного ап- проксимирующего профиля от экспериментально- го. Параметры тонкой кристаллической структуры определялись по уширению рентгеновских линий. Для расшифровки рентгенограмм и более подроб- ного фазового анализа покрытий рентгеноструктур- ному анализу предшествовал элементный анализ покрытий на оптическом эмиссионном спектроме- тре «ARL 3460 Quantris». Измерение микротвердости проводилось на по- лированной поперечной поверхности образцов на автоматическом микротвердомере Wolpert Wilson Instruments 402 MVD с нагрузкой 50…100 г, вы- держка при индентировании составляла 5 с. Для всех образцов сделано более 140 отпечатков, диаго- нали каждого из них измерялись в автоматическом режиме. Результаты исследований и их обсуждение Характерная структура покрытия показана на рис. 1. В результате исследований поверхностей по- крытий на растровом электронном микроскопе было установлено, что на поверхности покрытия наблюда- ются большие участки с практически полным про- плавлением материала матрицы. Но одновременно с этим на значительной доле поверхности присутству- ют частично расплавленные участки. Это свидетель- ствует о неоднородности распределения температу- ры по потоку напыляемых частиц. Рис. 1. Структура покрытия в разных участках образца № 1 На некоторых участках поверхности наблюдают- ся следы растекания жидкой расплавленной фазы в виде «щупальцев» и застывший расплав подложки в виде сферических капель. Центральная часть полу- ченного покрытия имеет вид гладкой, хорошо про- плавленной поверхности, рис. 2, в . Во всех случаях на поверхностях образца наря- ду с подобными относительно ровными участками