Анотація до роботи:

Ілляшенко М.В. Структура та властивості керамічних покриттів, нанесених високошвидкісним імпульсним струменем плазми на металеві підкладки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за фахом 01.04.07- фізика твердого тіла. Сумський державний університет, Суми, 2003.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню структури і фазового складу покриттів з Al₂O₃, Al₂O₃-Cr₂O₃, WC-Co, Cr₃C₂-Ni. Використовувалися методи резерфордівського зворотного розсіювання, пружного резонансу ядерних реакцій, просвічувальної електронної мікроскопії з дифракцією, рентгеноструктурного аналізу, тести на твердість і адгезію. Вивчено фізичні процеси, що відбуваються в покриттях у процесі напилення. Отримано закономірності процесів поліморфних перетворень у покриттях із Al₂O₃. Під впливом пружних полів у покритті з Al₂O₂ формується стабільний високодисперсний стан. Виявлено зв'язок між зміною службових характеристик покриттів і їх фазовим та елементним складом.

1. Вперше використана модель впливу пружного поля на кристалоутворення при поліморфних перетвореннях в оксиді алюмінію. Показано, що у випадку, коли пружна енергія перевищує половину теплоти фазового перетворення, можливе формування стабільного високодисперсного стану. Встановлено, що оксид алюмінію задовольняє цей критерій, а в покритті у процесі напилювання виникають нерівноважні дефекти і значні стискаючі напруги, необхідні для виникнення стабільного високодисперсного стану. Визначено параметри процесу напилення, що найбільше сприяють формуванню високодисперсного стану.

2. Запропоновано модель впливу домішок, що вичерпуються (які впливають на теплоту фазового перетворення, а також домішок, що впливають на поверхневу енергію), на кристалоутворення і структуру одержуваних покриттів. Встановлено, що для об'ємних домішок критерієм можливості утворення високодисперсного стану є перевищення теплотою перерозподілу домішок половини теплоти фазового перетворення. Для домішок поверхнево-активних речовин таким критерієм є зменшення поверхневої енергії більш ніж на третину. Розглянуто спільний вплив домішок і пружних полів на кристалічну структуру покриттів.

3. Вперше за допомогою методів резерфордівського зворотного розсіювання і пружного резонансу ядерних реакцій визначений елементний склад покриття з Al₂O₃, нанесеного за допомогою плазмово-детонаційної технології. Встановлено, що в покриттях з Al₂O₃ є залізо, що проникає з підкладки і у результаті ерозії сталевого електрода плазмово-детонаційної установки. Поблизу межі поділу покриття-підкладка міститься 3 ат % заліза, у масиві покриття—0,5 ат %, а на поверхні—0,3 ат %.

4. Застосування плазмово-детонаційної технології для напилення покриття з Al₂O₃ дозволяє одержати щільні багатофазні покриття із середньою мікротвердістю 16,1 ГПа. У поверхневому шарі покриття міститься приблизно 60 % g-фази, 30 % a-фази, інше припадає на b-, h-, q- і d-модифікації Al₂O₃. Кристали a-фази мають середній розмір 150 нм, b- і g-від 100 до 300 нм. Виявлене формування перехідного шару товщиною 10-20 мкм між покриттям і підкладкою з високим вмістом кристалів інтерметалліду AlFe, з розмірами кристалів 20-40 нм. У перехідному шарі спостерігається висока (~710¹⁰ см^-2) щільність дислокацій. Середня адгезія покриття до підкладки склала 76,5 МПа.

5. З результатів просвічувальної електронної мікроскопії з мікродифракцією випливає, що покриття з Al₂O₃-Cr₂O₃ складається з таких фаз: a- Al₂O₃, b- Al₂O₃, g- Al₂O₃, h- Al₂O₃, інтерметаліду AlFe, CrO₃ і Cr₂O₃. a- Al₂O₃ наявний у вигляді полікристалів із середніми розмірами кристалітів близько 50 нм. Кристали g- Al₂O₃ мають розміри порядку 20-30 нм із скалярною щільністю дислокацій 610¹⁰ см^-2. Розміри кристалів b- Al₂O₃—100-150 нм, Cr₂O₃—150 нм, а Cr₃O— 500 нм, AlFe— 20-40 нм. Середня мікротвердість покриття склала 17, 3 ГПа, а середня адгезія—50,1 МПа.

6. У покритті з твердого сплаву ВК-12 виявлений цілий спектр таких фаз: WC, W₂C, Co₇W_6, Co₃W, W і Co. Структурно-фазовий аналіз, проведений за допомогою просвічувальної електронної мікроскопії з мікродифракцією, показав, що структура покриття полікристалічна, представлена кристалітами WC з гексагональною щільнопакованою решіткою, кристалітами a- і b- Co і WC з ОЦК-решіткою. Середній розмір кристалів WC із ГЩП-решіткою складає 0,15 мкм, а кобальту - порядку 25 нм. На межі кристалітів WC спостерігаються частинки фаз W₃Co₃C з розмірами близько 15 нм. Усередині кристалітів WC з ОЦК-решіткою спостерігається дислокаційна субструктура.

7. Рентгеноструктурний аналіз показав наявність у покритті з Cr₃C₂-Ni таких сполук: Cr, Cr₃C₂, Cr₃Ni₂, Cr₇C₃, Cr, Ni. За допомогою рентгенівського мікроаналізу встановлена наявність у поверхневому шарі Ni, Cr, O, Fe, Al, Cu і в незначній кількості неконтрольованих домішок. Найбільша твердість покриття з карбіду хрому складає 11,8 ГПа для ділянок з карбідом хрому, а найменша—1,4 ГПа для ділянок з переважним вмістом нікелю. Адгезія покриття до підкладки сильно коливається і складає від 25 до 300 МПа.

Публікації автора:

1. Погребняк А.Д., Тюрин Ю.Н., Иванов Ю.Ф., Кобзев А.П., Кульментьева О.П., Ильяшенко М.В. Получение и исследование структуры и свойств плазменно-детонационных покрытий из Al₂O₃ // Письма в ЖТФ.- 2000.- Т. 26, №21.-С. 53-60.

2. Alexander D. Pogrebnjak, Maxim Ilyashenko, Olga P.Kulment`eva, Vladimir S. Kshnjakin, Alexander P. Kobzev, Yurii N. Tyurin, Oleg Kolisnichenko. Structure and properties of Al₂O₃ and Al₂O₃+Cr₂O₃ coatings deposited to steel 3 (0.3 wt % C) substrate using pulsed detonation technology // Vacuum.-2001.- V. 62.- P. 21-26.

3. Погребняк А.Д., Ильяшенко М.В., Кульментьева О.П., Тюрин Ю.Н., Кобзев А.П., Иванов Ю.Ф., Иваний В.С., Кшнякин В.С. Структура и свойства твёрдого сплава, нанесённого на медную подложку с помощью импульсно-плазменной технологии // ЖТФ.- 2001.- Т. 71, №7.- С.111-118.

4. Погребняк О.Д., Ілляшенко М.В., Кшнякін В.С., Скіба Ю.А. Можливість термодинамічної стабілізації високодисперсного стану в твердому тілі // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка.- 2002.- №5.- С. 106-110.

5. Погребняк А.Д., Ильяшенко М.В., Олемской А.И., Кшнякин В.С. Стабилизация высокодисперсной смеси фаз в покрытиях из оксида алюминия // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка.- 2002.- №13.- С. 39-47.

6. Погребняк А.Д., Ильяшенко М.В., Кшнякин В.С., Понарядов В.В., Рузимов Ш.М., Тюрин Ю.Н. Структура и свойства покрытия из Cr₃C₂-Ni, нанесённого на медь высокоскоростной плазменной струёй // Письма в ЖТФ.- 2003.-Т.29, №24.- С. 35-41.

7. Pogrebnjak Alexander D., Ilyashenko Maxim, Kulment`eva Olga P., Kshnjakin Vladimir S., Kobzev Alexander P., Tyurin Yurii N., Kolisnichenko Oleg. Structure and properties of Al₂O₃ and Al₂O₃+Cr₂O₃ coatings deposited by pulsed detonation technology // Труды 6-й Международной конференции “Плёнки и покрытия 2001” Под ред. Клубникина В.С.-СПб: Изд-во СПбГТУ.-2001.- С. 324-329.

8. Pogrebnjak A.D., Tyurin Y.N., Ilyashenko M.V., Kolisnichenko O.V.. Structure and properties of a hard alloy coating deposited by high-velocity pulsed plasma jet onto a copper substrate // Second international comference «Materials and Coatings for Extreme Performances: Investigations, Ecologically Safe Technologies for Their Production and Utilization», September 16-20, Katsiveli, Crimea, Ukraine.-2002.- P. 59.

9. Pogrebnjak A.D., Ilyashenko M., Kshnyakin V.S. Structure and properties of Cr₃C₂+Ni coatings deposited on metallic workpieces using high-rate plasma jets // 4^th International Conference Nuclear and radiation physics (September, 15-17).- 2003.- P. 220.