Покрытия карбида тантала

Полученные нами покрытия карбида тантала

Покрытия карбида тантала были получены нами на подложках из молибдена, вольфрама, стали и сплава ЖС6У-ВИ методом газофазного безводородного низкотемпературного химического осаждения. На всех подложках покрытие было однофазным с небольшим градиентом по составу ТаС0,72-0,86. На сплаве ЖС6У-ВИ наблюдалась самая высокая скорость роста покрытий, примерно в два раза выше, чем на подложке из молибдена.

Возможное применение покрытий карбида тантала

Монокарбид тантала – TaC нашел применение в высокотемпературной технике благодаря сочетанию ряда физико-химических свойств (высокая температура плавления 3983°С, устойчивость к радиации, стойкость к коррозии и химическому воздействию). Детали из тантало-вольфрамового сплава, если на них нанесен слой карбида тантала, приобретают высокую жаропрочность. Высокая твердость монокарбида тантала, близкая к твердости алмаза, позволяет использовать этот материал для покрытий инструмента для скоростного резания металла. Высокая устойчивость к диффузии металлов и низкая электропроводность монокарбида тантала позволяют использовать его для создания диффузионных барьерных слоев.

Один из примеров - антифрикционные высокотемпературные покрытия

Антифрикционные покрытия позволяют увеличить время работы элементов трения. Желательно, чтобы покрытие было твердым для повышения износостойкости и мягким для снижения коэффициента трения. Такие свойства имеют двухслойные покрытия с внутренним износостойким слоем (нитрид, карбид или борид металла) и внешним антифрикционным слоем из мягких металлов (Sn, Pb) или слоистых соединений (MoS2, WS2, графита или гексагонального BN), а также из традиционных материалов на основе олова и свинца (алюминиево-оловянные сплавы, баббиты, бронзы).

В последние годы значительно возрос интерес к деталям скольжения обеспечивающим надежную работу антифрикционного покрытия в условиях высоких температур (>650°С). Поэтому разработке жаростойких антифрикционных покрытий уделяется большое внимание [Bhushan C. B. and Gray S. Static evaluation of surface coatings compliant gas bearings in an oxidizing atmosphere to 650// Thin Solids Films, 53 (1978), 313–331.]. Известны высокотемпературные покрытия SiC, которые применяются в подшипниках скольжения, торцовых уплотнениях, а также композиционные материалы на основе карбида вольфрама (с кобальтом). Несмотря на высокую износостойкость выше 500оС карбид вольфрама катастрофически окисляется. Трибологические свойства имеют также многослойные покрытия, в которых тонкие твердые и мягкие слои чередуются. Такие покрытия имеют высокую твердость и низкий коэффициент трения. Например, углеродная аламазоподобная пленка (DLC) состоит из сверхтвердого кубического углерода и слоистого гексагонального углерода. Другим примером наноструктурированного покрытия является дисперсно-упрочненный карбонитрид титана, который, по сравнению с карбидом вольфрама, имеет более высокую микротвердость, более высокий температурный коэффициент расширения, меньший коэффициент трения, меньшую плотность и более высокую теплопроводность. Покрытие из TiCN обладает удовлетворительной термостойкостью, износостойкостью и более высокие температуры окисления, чем DLC-покрытия.

Перспективны двухслойные покрытия, состоящие из карбида или борида металла с внешним антифрикционным слоем слоистых соединений (MoS2, WS2, графита или гексагонального BN), наноструктурированные покрытия на базе TiCN, WC, TaC, NbC. Перспективны покрытия TaC+C с Nilsson, Synthesis and Evaluation of TaC:C Low-Friction Coatings. Uppsala University, Department of Engineering Sciences. 2004. Doctoral thesis. 49 p.]. Покрытие TaC+C имеет коэффициент трения скольжения на 80% ниже, чем у чистого графита. При добавлении Al образуется Ta1-xAlxC с тем же коэффициентом трения, но с существенно более низкой скоростью окисления из-за формирования фазы AlTaO4 [Development of a Ta-C diamond-like carbon (DLC) coating by magnetron sputtering for use in precision glass molding // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2013. V.44. N.8. P.661–666.]. Покрытия подобного типа чрезвычайно важны в деталях трения (например, в фильерах для волочения проволоки, уплотнительных элементах, подшипниках, торцевых уплотнений). Важным вопросом, который планируется решить нами - это обеспечение адгезии подобных покрытий, имеющих поверхностные слои на основе карбидов тантала и ниобия.