CC BY
22
2. Prindle Drew. "3G and 4G: What's the difference?" Digital Trends. 5 Nov., 2013. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.digitaltrends.com/mobile/3g-and-4g-whats-the-difference/ (дата обращения: 30.10.2017).
3. Tobak Steve, Valleybeat, "What Internet of Things means to you", Fox Business. 14 Aug., 2014. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.foxbusiness.com/features/2014/08/ 14/what-intemet-things-mean-to.html/ (дата обращения: 30.10.2017).
4. Press Gil. "A very short history of the Internet of Things". Forbes. 18 June, 2014. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.forbes.com7sites/gifpress/2014/06Л8/a-very-short-history-of-the-internet-of-things/ (дата обращения: 30.10.2017).
5. Schiller Ben. "10 Breakthrough Innovations That Will Shape The World In 2025". 30 June, 2014. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.fastcompany.com/3032260/10-breakthrough-innovations-that-will-shape-the-world-in-2025/ (дата обращения: 30.10.2017).
6. Ning Wang, Chang Ge. "Quality of Experience for Mobile Video Using the Smart Edge" CTN Issue: September, 2017. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.comsoc.org/ctn7i eee-comsoc-ctn-special-issue-ten-trends-tell-where-communication-technologies-are-headed-2015/ (дата обращения: 30.10.2017).
7. Scholl Reinhard. Measuring the Information Society. ITU 15 March 2016 ISSN: 978-92-6121421-0.
8. Mohammad Meraj ud in Mir et al. "4G launches via spectrum refarming" (IJCSIT) International Journal of Computer Science and Information Technologies. Vol. 6 (3), 2015. 2545-2551 ISSN: 0975-9646.
СИНТЕЗ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫХ АЛЮМИНИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХСЯ В МИШЕНЯХ МАГНЕТРОННЫХ НАПЫЛИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
12 3
Ускенбаева А.М. , Паничкин А.В. , Джумабеков Д.М. Email: Uskenbaeva1139@scientifictext.ru
1 Ускенбаева Алма Муратбековна - PhD, младший научный сотрудник;
2Паничкин Александр Владимирович - кандидат технических наук, научный сотрудник;
3Джумабеков Дуйсен Мустафаевич - баклавр, инженер, АО «Институт металлургии и обогащения», г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в статье представлены результаты экспериментальных работ по получению мишеней на основе алюминидных систем из порошковых материалов для магнетронного напыления, в процессе которого возможно получение интерметаллидных алюминидных покрытий. Проведены работы по получению образцов, используемых в качестве мишеней из систем Al-Ni, Al-Ti, Al-Co, методом горячего прессования. Выявлено, что при спекании образцов методом горячего прессования совмещение прессования и спекания в одной операции позволяет фактически получать образцы беспористыми, в процессе которого быстро уплотняется материал при сравнительно малых удельных давлениях прессования во время спекания. Предложено создание интерметаллидных алюминидных покрытий методом магнетронного напыления с использованием разработанных материалов мишеней. Ключевые слова: покрытия, алюминиды, мишень, магнетрон, горячее прессование.
SYNTHESIS OF INTERMETALLY ALUMINUM MATERIALS USED IN TARGETS OF MAGNETIC SURFACE INSTALLATIONS
12 3
Uskenbaeva A.M. , Panichkin A.V. , Dzhumabekov D.M.
1Uskenbaeva Alma Muratbekovna - PhD, Associate Research Associate;
2Panichkin Alexander Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, Scientific Employee; 3Dzhumabekov Duisen Mustafayevich - Bachelor, Engineer, INSTITUTE OF METALLURGY AND ENRICHMENT JSC, ALMATY, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article presents the results of experimental work on obtaining targets based on aluminide systems from powder materials for magnetron sputtering in the process of which it is possible to obtain intermetallic aluminide coatings. Work was carried out on obtaining samples used as targets from Al-Ni, Al-Ti, Al-Co systems by hot pressing. It was found that when the samples are sintered by the hot pressing method, the combination of pressing and sintering in one operation makes it possible in practice to obtain samples that are non-porous, in the poresess of which the material is rapidly compacted at relatively low specific pressures during sintering. The creation of intermetallic aluminide coatings by the method of magnetron sputtering using the developed target materials is proposed.
Keywords: coatings, aluminides, target, magnetron, hot pressing.
УДК 669.1
Стойкость поверхности металла в различных состояниях, особенно при высоких температурах, приобретает важное значение. Непрерывно возрастают требования к защите металлов, сталей и сплавов от коррозии. Вместе с тем металлы и сплавы, обладающие высокой механической прочностью, остро нуждаются в эффективной защите от высокотемпературного разрушения. В нагретом состоянии ряд металлов, легированных сталей и сплавов, обладающие высокой механической прочностью, не могут найти применение для работы при высоких температурах, так как они недостаточно жаростойки [1-6]. Поэтому проблема защиты конструкционных материалов от вредных воздействий окружающей среды при высоких температурах является актуальной и представляет научный интерес.
Одним из способов защиты поверхности стальных изделий от разрушения при воздействии повышенных или высоких температур является нанесение жаростойких покрытий. Жаростойкие покрытия представляют собой покрытия, способные сопротивляться химической коррозии в сухой газовой среде при высоких температурах. Они образуют плотную оксидную пленку, которая предохраняет поверхность и подложку от окисления [3-5]. Наиболее высокими защитными свойствами в условиях высокотемпературного окисления обладает оксидная пленка из А12О3. Поэтому важнейшим элементом в жаростойком покрытии является алюминий и в качестве жаростойких применяются алюминидные покрытия [4-5].
В качестве жаростойких, жаропрочных и термически стабильных материалов с высоким уровнем выступают металлические материалы интерметаллических сплавов систем Al-Ni, Al-Ti, Al-Co, Ti-Cu и др. [5]. Эти алюминидные материалы могут применяться в качестве защитных покрытий. В качестве подложки по нанесению интерметаллидных покрытий была выбрана сталь AISI-304 (12Х18Н10Т). Эта сталь относиться к аустенитному классу. Благодаря своим свойствам сталь AISI304 нашла широкое применение в металлургической, химической, пищевой промышленности, в медицине, в производстве судового оборудования, в нефтяной и горнодобывающей промышленности, в энергетике и т.д. [7]. Из этой стали изготавливают также трубы выходной части пароперегревателей котельных агрегатов высокого давления, металл которых работает при температурах 570 - 650°С.
Образцы для нанесения покрытий, т.е. подложки, вырезались из предложенной стали размером 20х20х0,5 мм. Полученные стальные пластины предварительно тщательно очищались, проводился процесс обезжирования и взвешивались.
Чтобы получить жаростойкое покрытие использовался метод магнетронного напыления. Вообще, жаростойкие покрытия можно создавать различными способами. Наиболее современными методами получения различных покрытий являются магнетронные методы и электронно-лучевой наплавки. Вместе с тем, существуют такие методы как: газотермическое напыление, газодинамическое, наплавкой и многие другие. Эти методы поверхностного модифицирования основанны на конденсации вещества из паровой фазы в вакууме, бомбардировке поверхностного слоя подложки с предварительно нанесенным на нее веществом и т.д. [9-15].
Получить интерметаллидные покрытия на основе алюминидов можно методом магнетронного напыления. Адгезия металлических слоев с подложкой у пленок, полученных магнетронным способом, существенно выше, чем у таких же пленок, полученных, например, термовакуумным напылением, при сравнимых скоростях напыления. Это связано с более высокой энергией конденсирующихся частиц при магнетронном распылении и дополнительной активацией поверхности при воздействии плазмы [9-12].
Метод магнетронного распыления позволяет получать тонкие пленки высокого качества с рекордными физическими характеристиками (толщина, пористость, адгезия и пр.), а также проводить послойный синтез новых структур (структурный дизайн), создавая пленку буквально на уровне атомных плоскостей. Поэтому в исследованиях применялся метод магнетронного напыления для получения жаростойких покрытий.
Варьируя содержание газа, состав мишеней и скорость напыления, удается получать пленки разной толщины, химического и фазового состава. Магнетронное распыление, позволяет получать высокую плотность ионного тока и высокие скорости распыления при относительно низких давлениях порядка 0,1 Па.
В работе использовалась сконструированная установка, оснащенная ионным источником APEL-IS-21CELL с источником питания APEL-IS-3500 и двумя магнетронами APEL-МЕЕ100 с источником питания APEL-M-3PDC мощностью 3 кВт серии, рассчитанными на распыление мишеней диаметром 100 мм.
Для получения мишеней, необходимых для магнетронного напыления пленок, состав которых соответствует моноалюминидам никеля, кобальта и титана, были проведены экспериментальные работы по получению образцов спеченных материалов систем А1-Со, Л1-№, Al-Ti. Составы этих систем следующие: Al-Co (75 % Со + Л1), Al-Ni (70 % № + Л1), Л1-Т (Т 59 % + Л1).
Для этого проводились экспериментальные работы по получению образцов используемых в качестве мишеней из систем А1-Со, Л1-№, Л1-Т^ Взвешенные порошки каждой системы интенсивно перемешивались и прессовались в таблетки методом горячего прессования. Совмещение прессования и спекания в одной операции позволило получить образцы безпористыми, при котором быстро уплотняется материал при сравнительно малых удельных давлениях прессования.
Рис. 1. Мишени, изготовленные методом горячего прессования
Изготовленные таким образом мишени устанавливались на сконструированную установку магнетронного напыления. Установка предназначена для ионной очистки металлических подложек и напыления металлических покрытий. Установка оснащена ионным источником APEL-IS-21CELL с источником питания ЛРБЬ-18-3500 и двумя магнетронами APEL-МRE100 с источником питания APEL-M-3PDC мощностью 3 кВт серии, рассчитанными на распыление мишеней диаметром 100 мм (рисунок 2).
1
1 - подложка, 2 - столик, 3 - привод вращения и смещения столика, 4 - механизм перемещения столика, 5 - интерфейсионного источника APEL-IS-21CELL, 6 - интерфейс магнетрона APEL-МRE100
Рис. 2. Схема сконструированной установки магнетронного распыления
Проведены работы по напылению пленок алюминидов каждой системы различной толщины (~2-10 мкм) на поверхности подложек. Удалось получить качественные, равномерные по толщине покрытия, характеризующиеся хорошей адгезией к подложке. Внешне полученные покрытия имели однородную, бездефектную поверхность (рисунок 2).
Рис. 3. Внешний вид напущенных образцов
Покрытия имеют однородную структуру и плотно прилегают к подложке. Дефекты структуры в виде крупных пор, расслоений и трещин - малочисленны, а на многих образцах отсутствуют. Микроструктуры полученных покрытий показаны ниже.
а) б) в)
Рис. 4. Микрострукутуры покрытий: а) системы Л1-Ж, б) системыЛ1-И, в) системы А1-Со, х1000
В процессе эксплуатации полученные мишени сохраняют свою форму и только лишь утончаются.
Таким образом, были получены материалы мишеней для магнетрона из металлических порошков систем Al-Ni, Al-Ti, Al-Co использующиеся в магнетронном напылений для получения жаростойких покрытий.
При таком технологическом процессе изготовления происходит СВС процесс порошков и последующее их прессование, что предотвращает разбухание образцов и приводит к уменьшению пор. Полученные мишени характеризуются ровной поверхностью и достаточным уровнем плотности.
В итоге синтезированы интерметаллидные алюминидные материалы, использующиеся в мишенях магнетронных напылительных установок, и получены покрытия этих систем на стальных подложках.
Список литературы /References
1. Настас Г.Н., Пащенко Г.Н., Петрова М.А., Самойленко В.М. Возможность оценки долговечности жаростойких покрытий // Научный Вестник МГТУ ГА № 206. Москва, 2014. С. 52-55.
2. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М. Машиностроение, 2011. 463 с.
3. Мовчан Б.А., Малашенко И.С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. Киев: Наук. думка, 1983. 232 с.
4. Теплухин Г.Н., Гропянов А.В., Жукова МН.Высокотемпературные материалы в энергетике. СПб: СПБГТУРП, 2011. 125 с.
5. Радченко М.В. Защитные и упрочняющие покрытия. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. 113 с.
6. Михайлов А.Н., Михайлов В.А., Михайлова Е.А. Ионно-плазменные вакуумные покрытия -основа широкого повышения качества изделий машиностроения // прогрессивные технологии и системы машиностроения: междунар. сб. науч. трудов. Донецк: ДонНТУ, 2004. Вып. 28. С. 108-115.
7. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stn/aisi304/ (дата обращения: 30.10.2017).
8. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.naukaspb.ru/spravochniki/demo%20meta ll/2_12.htm/ (дата обращения: 30.10.2017).
9. Кузьмичев А.И. Магнетронные распылительные системы. Киев: Аверс, 2008. 244 с.
10. Li Z.G., Mori M., Miyake S. Structure and properties of Ti-Si-N films prepared by ISP assisted magnetron spattering // Surf. and Coat. Technol., 2005. V. 193. P. 345-349.
11. Блинков И.В., Челноков В.С. Покрытия и поверхностное модифицирование материалов. Критерии выбора покрытий, их свойства: учебное пособие МИСиС. М.: Учеба, 2003. 76 с.
12. Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Шедман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей. М.: Техносфера, 2012. 640 с.
13. Михайлов А.Н., Михайлов В.А., Михайлова Е.А. Ионно-плазменные вакуумные покрытия -основа широкого повышения качества изделий машиностроения // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: междунар. сб. науч. трудов. Донецк: ДонНТУ, 2004. Вып. 28. С. 108-115.
14. Радченко М.В. Защитные и упрочняющие покрытия. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. 113 с.
15. Одиноков В.В., Павлов Г.Я. Вакуумная установка магнетронного нанесения металлических и диэлектрических нанопленок «Магна ТМ-200-01» // Наноиндустрия, 2008. № 4. С. 10-12.
