УДК: 621.81

Панов В.С., Шуменко В.Н., Мякишева Л.В. 

ИЗНОСОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ ИЗ Si₃N₄  НА ТВЕРДОМ СПЛАВЕ

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

This research work was performed to investigate the influence of wear-resistant Si₃N₄ – coating on properties of hard alloy bending strength: scale - resistance, friction coefficient, hardness, bending strength.

Key words: wear-resistant coating, silicon nitride, scale - resistance, friction coefficient, hardness, bending strength.

Эта работа выполнена с целью изучения влияния износостойкого покрытия -Si₃N₄ на свойства твердых сплавов: окалиностойкость, микротвердость, коэффициент трения, прочность при изгибе.

Ключевые слова: износостойкое покрытие, нитрид кремния, окалиностойкость, коэффициент трения, микротвердость, прочность при изгибе.

Одним из путей повышения эксплуатационных свойств твердосплавных изделий является нанесение износостойких покрытий на основе тугоплавких соединений.

В работе в качестве покрытия выбран нитрид кремния, который отвечает основным свойствам материала покрытия для твердых сплавов [1].

Изучена структура и свойства износостойкого покрытия из Si₃N₄, полученного газофазным осаждением [2] по режиму: температура осаждения –

(±20⁰С), соотношение SiCl₄:NH₃ = 8:1, разрешение в реакционной камере 0,1-4,0 ± 0,06 кПа, расход газовой смеси 100-400 ± 10 л/ч.

Скорость осаждения и толщину покрытия оценивали по изменению массы образца в единицу времени на единицу площади поверхности, структуру – по результатам рентгеноструктурного анализа.

Дифрактограммы и ИК-спектр покрытия показали, что осажденное покрытие является либо аморфным, либо высокодисперсным соединением.

Дифференциально-термический анализ показал, что покрытие до 1350⁰С не претерпевает каких-либо изменений. Рефлексы Si₃N₄ отсутствуют. Основным фактором, приводящим к осаждению такого покрытия, является сравнительно низкая температура подложки, что обеспечивает условия, при которых скорость кристаллизации ниже, чем скорость осаждения нитрида кремния.

Изучена прочность сцепления покрытия с основой подложки, прочность при изгибе, микротвердость, коэффициент трения, окалиностойкость образцов с покрытием.

Прочность сцепления оценивали по концентрационным кривым распределения элементов между основой и и покрытием , полученных с помощью микроанализатора «Comeca». Результаты исследования указывают, в основном» на адгезионное взаимодействие покрытия и основы. Прочность адгезионного взаимодействия Si₃N₄ с основой оценивали по методу скользящего индентора [3]. Максимальная сила адгезии, зависящая от толщины покрытия, составила 0,41Н при толщине 6-8мм.

Предел прочности при  изгибе образцов с покрытием и без, а также микротвердость покрытия для ряда марок твердых сплавов приведена в таблице 1.

Таблица 1. Предел прочности при изгибе (σ _изг.) и микротвердость (НV) покрытия.

Из приведенных данных видно, что покрытие несколько снижает прочность на изгиб образца, а твердость увеличивается. Значение микротвердости покрытия, определенное по методу [3] составило 17,7 - 18,6 ГПа.

Данные по коэффициентам трения составили: для стали:- без покрытия -1,47-1,57; с покрытием из Si₃N₄ – 0,8 – 0,89; с покрытием из TiC -1,32 – 1,39; для чугуна: без покрытия -1,60 -1,85; с покрытием из Si₃N₄ –1,0–1,15; с покрытием из TiC -1,50 – 1,65.

Результаты испытаний показали, что покрытия значительно повышают окалиностойкость твердосплавного образца, причем покрытие из Si₃N₄ повышает не только окалиностойкость, но и твердость твердосплавных образцов, снижает коэффициент трения по стали и чугуну, в результате чего повышается начальная температура их взаимодействия, но несколько снижается предел прочности при изгибе.

Литература

1.  Емяшев А.В. Газофазная металлургия тугоплавких соединений.//М.: Металлургия.- 1987.- 207 с.

2.  Петржик М.И., Левашов Е.А. Современные методы изучения функциональных поверхностей перспективных материалов в условиях механического контакта//Кристаллография.-2007.- т.52.- №6.- с.1002-1010.

3.  Панов В.С., Чувилин А.М., Фальковский В.А.Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них.//М.: МИСиС.- 2004.- с. 462.