×
10.02.2014
216.012.9ebe

НАНОСТРУКТУРНОЕ ПОКРЫТИЕ ИЗ ГРАНУЛИРОВАННОГО КОМПОЗИТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. Наноструктурное покрытие из наногранулированного композита «металл-керамика», преимущественно (COFeB)(CaF), получено методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляет собой наноструктурный материал, состоящий из металлических гранул со средним диаметром преимущественно 2-6 нм, расположенных в объеме керамической матрицы. Концентрация металлической фазы составляет 20-60 ат.%, предпочтительно 30-56 ат.%. Изобретение обеспечивает повышенную износостойкость, высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости защитного покрытия. 1 ил.
Основные результаты: Наноструктурное покрытие из наногранулированного композита «металл-керамика», преимущественно (COFeB)(CaF), полученное методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющее собой наноструктурный материал, состоящий из металлических гранул со средним диаметром преимущественно 2-6 нм, расположенных в объеме керамической матрицы, характеризующееся тем, что концентрация металлической фазы составляет 20-60 ат.%, предпочтительно 30-56 ат.%.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д.

Исследования последних лет показали, что материалы и покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и наноструктурными упрочняющими элементами обладают улучшенными физико-химическими и механическими свойствами. Поэтому в последние годы во всем мире проводятся работы по разработке способов получения материалов с наноструктурой.

Как правило, получаемые покрытия представляют собой металлические сплавы и поэтому улучшают свойства защищаемой повеохности лишь по одному из параметров, например, твердость или прочность, в то время как по другим параметрам обнаруживают значительно более низкие показатели. Традиционные способы формирования упрочняющих покрытий являются различными вариантами методов наплавки, таких как плазменное, электронно-лучевое, лазерное, аргонодуговое, электродуговое, электрошлаковое и д.р., и это позволяет при наплавлении покрытий использовать присадочные материалы для повышения прочности за счет создания гетерофазной, а не однофазной, структуры.

Известны различные методы формирования наноструктурных поверхностных слоев и наноструктурных покрытий, например, методом лазерно-плазменной обработки [В.В.Мелюков, А.В.Частиков, А.А.Чирков, А.М.Чирков, А.В.Окатов. Формирование наноструктурных поверхностных слоев методом лазерно-плазменной обработки при атмосферных условиях. Сб.: Сварка и контроль. - 2005. Материалы докладов 24-й научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири 16-18 марта 2005 г. Челябинск, 2005, с.125-131], или методом абразивной обработки [Zhang Shu-lan, Chen Huai-ning, Lin Quanhong, Liu Gang (Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, КНР). Hanjie xuebao = Trans. China Weld. Inst. 2005. 26, №3, c.73-76].

Однако эти методы и покрытия, полученные этими методами, обладают рядом недостатков.

Внешняя поверхность формируемых покрытий характеризуется значительной шероховатостью, что требует последующей дополнительной обработки, уменьшающей толщину покрытия и влияющей на структурное состояние покрытия, что в свою очередь снижает его упрочняющие характеристики. Кроме того, размеры зерен в получаемых слоях покрытия составляют сотни и более нанометров, что не является оптимальным для упрочнения получаемого наружного слоя.

Известен способ и материал, получаемый этим способом, получения наплавленного покрытия с применением в качестве присадочного материала смеси порошков исходных компонентов, включающей карбид вольфрама WC [С.Ф.Гнюсов, Д.А.Маков, В.Г.Дураков. Получение износостойких композиционных покрытий с мультимодальным распределением упрочняющей фазы. - Сб.: Сварка и контроль. - Материалы докладов 24-й научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири 16-18 марта 2005 г. - Челябинск, 2005. С.74-82].

Указанный способ реализуется следующим образом. При аргонодуговой наплавке неплавящимся электродом по прототипу за один проход формировалось покрытие толщиной 3-4 мм. Размер зерна матрицы составлял 8,0-60,0 мкм, а средний размер частиц упрочняющей фазы составлял 3,3 мкм. При этом в полученных покрытиях находившийся в смеси порошков монокарбид вольфрама в результате воздействия сварочной дуги и значительного перегрева ванны в зоне ее действия в процессе наплавки полностью растворялся в жидкой металлической ванне, а при последующем охлаждении упрочняющая фаза выделялась в виде равноосных зерен или в виде дендритов размерами от 4 до 15 мкм.

Недостатком известного способа и материала является то, что при его использовании невозможно получить металл покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне, т.к. к началу кристаллизации в жидком металле отсутствует необходимое количество центров кристаллизации для получения металла покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне.

Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика», обеспечивающего повышенную износостойкость, высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости.

Решение указанной задачи достигается за счет того, что в предложенном наноструктурном покрытии из наногранулированного композита «металл-керамика», преимущественно (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x, полученном методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющим собой наноструктурный материал, состоящий из металлических гранул со средним диаметром преимущественно 2…6 нм, расположенных в объеме керамической матрицы, согласно изобретению концентрация металлической фазы составляет 20…60 ат.%, предпочтительно 30…56 ат.%.

Высокая износостойкость предложенных композитов обусловлена наличием в них двух принципиально различных наноструктурированных сред: металлической и диэлектрической, с высокой объемной долей границ раздела фаз, препятствующих как межзеренному скольжению, так и распространению трещин.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из следующих соображений.

Экспериментальные работы показали, что при снижении концентрации металлической фазы в нанокомпонентах менее 30 ат.% износостойкость снижается, причем в отличие от зоны с максимальной износостойкостью 30…56 ат.%, увеличение нагрузки всего лишь в два раза, от 2 до 4 Н, приводит к разрушению покрытия. По всей видимости, это является следствием изменения морфологии композитов: для таких низких концентраций металлической фазы основная объемная доля композита приходится на диэлектрик CAF2, являющийся боле хрупким материалом, чем металлический сплав. В этом случае развитие микротрещин керамического материала не блокируется лабиринтной структурой металлических наногранул и разрушение покрытия идет более активно.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из следующих соображений.

Максимум износостойкости обусловлен оптимальным объемным сочетанием двух фаз, одна из которых более пластичная, а другая - более хрупкая. Однако в тех образцах, где содержание металлической фазы составляет более 60 ат.%, происходит резкое снижение износостойкости из-за того, что металлическая фаза представляется уже в виде сравнительно больших образований из контактирующих друг с другом гранул - кластеров. С увеличением концентрации металлической фазы, происходящий рост гранул до кластеров, приводит к невозможности подавления процессов зарождения и развития дислокации, что вызывает резкое снижение прочности всего покрытия.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг.1, где показана концентрационная зависимость размерного коэффициента износостойкости k нанокомпозита (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x, полученная экспериментальным путем.

Пример конкретного выполнения.

Композиты (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней в среде аргона. Совместное осаждение компонентов материала производилось на ситалловые подложки СТ-60, на поверхности которых в результате процессов самоорганизации происходило формирование двухфазной структуры.

Для исследования износостойкости композитов использовались покрытия толщиной 5…6 мкм, нанесенные на ситалловые подложки и содержащие различное количество металлической фазы: 23, 30, 36, 55 и 65 ат.%.

Трибологические исследования композиционных покрытий проводились на автоматизированной машине трения High-Temperature Tribometer, CSM Instruments, Швейцария, по схеме испытания «шарик-диск» в соответствии с международными стандартами ASTM G99-959, DIN50324. Непосредственно в процессе испытаний определялся коэффициент трения трущейся пары. В качестве материала контртела, представляющего собой шарик диаметром 6 мм, использовался оксид алюминия Аl2О3. Измерение коэффициентов трения трущейся пары выполнялись на воздухе, при нагрузке на индентор от 2Н до 7Н и скорости перемещения контртела 7 см/сек. Результаты испытаний показаны на фиг.1. Из полученных экспериментальных данных следует, что коэффициент износостойкости k имеет оптимальное значение в предложенных пределах концентрации металлической фазы при напылении.

Использование предложенного технического решения позволит создать наноструктурное покрытие из гранулированного композита

Наноструктурное покрытие из наногранулированного композита «металл-керамика», преимущественно (COFeB)(CaF), полученное методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющее собой наноструктурный материал, состоящий из металлических гранул со средним диаметром преимущественно 2-6 нм, расположенных в объеме керамической матрицы, характеризующееся тем, что концентрация металлической фазы составляет 20-60 ат.%, предпочтительно 30-56 ат.%.
НАНОСТРУКТУРНОЕ ПОКРЫТИЕ ИЗ ГРАНУЛИРОВАННОГО КОМПОЗИТА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 32 items.
10.02.2014
№216.012.9ebf

Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д. Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика»,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506347
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.04.2014
№216.012.b369

Способ получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. В способе получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита «металл-керамика» получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511645
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.05.2014
№216.012.c2b1

Способ получения наноструктурного покрытия

Изобретение относится к технологии нанесения наноструктурных покрытий и может быть использовано в наноэлектронике и наноэлектромеханике. Покрытие получают из композита металл-керамика состава (CoNbTa)(SiO). Осуществляют осаждение композита ионно-лучевым распылением с обеспечением образования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515600
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c336

Наноструктурное покрытие

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. Наноструктурное покрытие выполнено из нанокомпозиционного металл-керамического материала состава...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515733
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.07.2014
№216.012.db48

Износостойкое наноструктурное покрытие

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. Износостойкое наноструктурное покрытие выполнено из нанокомпозиционного металл-керамического материала,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521914
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.02.2015
№216.013.2a02

Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке композитов. Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме содержит СВЧ-печь, установленный внутри печи кварцевый реактор для размещения в нем нанокомпозитов, состоящий из корпуса в виде полого цилиндра из кварцевого стекла и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542211
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.04.2015
№216.013.3cf0

Способ обработки нанокомпозитов в водородной плазме

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке композитов. При обработке нанокомпозитов в водородной плазме используют установку, содержащую СВЧ-печь, установленный внутри печи кварцевый реактор для размещения в нем нанокомпозитов, состоящий из корпуса в виде полого цилиндра из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547088
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.06.2015
№216.013.56c7

Установка для наводораживания тонкопленочных композитов в водородной плазме и способ наводораживания тонкопленочных композитов в водородной плазме с ее помощью

Группа изобретений относится к вакуумно-плазменной обработке композитов. Установка для наводораживания тонкопленочных композитов в водородной плазме содержит СВЧ-печь и установленный внутри нее кварцевый реактор. Реактор состоит из корпуса в виде полого цилиндра и установленных на его торцах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553745
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.08.2015
№216.013.7290

Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке нанокомпозитов. Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме содержит СВЧ-печь, установленный внутри СВЧ-печи кварцевый реактор для размещения в нем нанокомпозитов, состоящий из корпуса в виде полого цилиндра из кварцевого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560898
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.7307

Способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам определения критической концентрации одной из фаз в многофазной системе. Способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик основан на том, что для определения типа матрицы предварительно измеряют электрическое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561017
Дата охранного документа: 20.08.2015
Showing 1-10 of 285 items.
20.09.2013
№216.012.6d16

Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат - ускорение процесса синтеза, повышение надежности работы мехатронно-модульных роботов. Предложен способ многоальтернативной оптимизации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493577
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.01.2014
№216.012.9be3

Способ электрохимического извлечения свинца из свинцово-кислотных отходов аккумуляторных батарей

Изобретение относится к способу извлечения свинца из отходов аккумуляторных батарей. Способ включает электролитическое осаждение свинца из щелочных растворов на асимметричном импульсном токе с варьированием периодической последовательности пакетов положительных n+ и отрицательных n- импульсов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505613
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9ebf

Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д. Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика»,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506347
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a2e2

Безредукторный ветроэлектроагрегат

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии. Безредукторный ветроэлектроагрегат содержит башню, поворотное основание, снабженное ветроколесом с сегментными роторными элементами и установленной в подшипники втулкой, кронштейном со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507413
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.afa1

Конвекторное кольцо

Изобретение предназначено для отжига в колпаковой печи стопы рулонов холоднокатаной полосовой стали. Конвекторное кольцо содержит расположенные в параллельных плоскостях по окружности с равным шагом под углом к радиальному направлению ребра. Каждое из ребер одной плоскости соединено концевыми...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510676
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b34d

Способ сравнительной оценки надежности партий полупроводниковых изделий

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий ППИ (транзисторов, интегральных схем (ИС) и т.д.) и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ППИ как в процессе производства, так и при входном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511617
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b369

Способ получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. В способе получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита «металл-керамика» получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511645
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b408

Способ подогрева криогенной жидкости

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии. Предложен способ подогрева криогенной жидкости, заключающийся в пропускании жидкости через теплообменные элементы с подведением к ним тепла. Корпус испарителя криогенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511805
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b4b0

Способ сжигания топлива

Изобретение относится к энергетическому, химическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок. Предложен способ сжигания топлива, заключающийся в предварительном разделении потока воздуха на коаксиальные кольцевые струи, закрутке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511980
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b8e3

Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к двигателестроению и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций содержит наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, образованными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513059
Дата охранного документа: 20.04.2014
+ добавить свой РИД