Алмазное покрытие и способ его получения


 


Владельцы патента RU 2544219:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов. Алмазное покрытие состоит из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя. Подслой выполнен из композиционного материала, имеющего металлическое или неметаллическое связующее и упомянутые наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%. Способ получения алмазного покрытия на подложке включает нанесение подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесение алмазного слоя осаждением из газовой фазы. Упомянутый подслой, содержащий наноалмазные частицы, выполняют из композиционного материала, имеющего металлическое или неметаллическое связующее и наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%. Повышается качество покрытия и его адгезия к подложке. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 пр.

 

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов.

Известны алмазное покрытие и способ его нанесения с использованием кремниевой подложки (2032765 (С1) «Способ нанесения алмазного покрытия из паровой фазы и устройство для его осуществления» (С23С 14/00) Заявка: 4355493/21, 01.04.1988. Опубликовано: 10.04.1995). Однако применение кремниевой подложки не позволяет получить высокое качество покрытия.

Известным техническим решением является алмазное покрытие, состоящее из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и способ его получения, включающий осаждение алмазного слоя из газовой фазы на содержащий наноалмазы подслой (Н.А. Феоктистов, В.И. Сахаров, И.Т. Серенков и др. Аэрозольное нанесение детонационных наноалмазов в качестве зародышей роста нанокристаллических алмазных пленок и изолированных частиц // Журнал технической физики, 2011, том 81, вып. 5, с. 132-138). Однако концентрация наноалмазов в подслое не высока и их сцепление (адгезия) с подложкой слабое, что не позволяет получать покрытие высокого качества.

Наиболее близким аналогом изобретения (JP 2012161873 А, опублик. 30.08.2012) является способ получения алмазного покрытия на подложке из нержавеющей стали, включающий нанесения слоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм и осаждение алмазного слоя из газовой фазы, и алмазное покрытие, выполненное из указанных слоев.

Задачей изобретения является повышение качества покрытия и его адгезии к подложке (если требуется повышенное сцепление с подложкой). Для этого предложено подслой выполнять из композиционного материала с высоким содержанием алмазной фазы, которая может содержать или только наноалмазы, или комбинацию наноалмазов и более крупных алмазных частиц. Наличие связующей компоненты композиционного материала позволит увеличить прочность подслоя, что приведет к повышению качества покрытия.

Для достижения поставленной цели, согласно предлагаемому техническому решению, в алмазном покрытии, состоящем из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя, подслой выполнен из композиционного материала с наноалмазными частицами.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии наноалмазные частицы имеют объемную долю 5-90%.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии композиционный материал дополнительно содержит алмазные частицы с размером более 30 нм.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к объемной доле наноалмазных частиц не превышает 10.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии композиционный материал содержит еще как минимум одну составляющую из металла из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, тантал, иттрий, цинк, олово, свинец.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии композиционный материал содержит еще как минимум одну составляющую из неметаллического материала.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия, включающем осаждение алмазного слоя из газовой фазы на содержащий наноалмазы подслой, согласно изобретению подслой изготавливают из композиционного материала, содержащего наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия при изготовлении подслоя в него добавляют алмазные частицы с размером более 30 нм, при этом суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к наноалмазным частицам не превышает 10.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия перед нанесением алмазного слоя подслой из композиционного материала разглаживают вращающимся инструментом при отклонении его оси вращения от перпендикуляра к обрабатываемой поверхности на 0-45°.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия скорость вращения вращающегося инструмента превышает 20 тысяч оборотов в минуту.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия подслой разглаживают в вакууме.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия перед нанесением алмазного покрытия подслой обрабатывают ионным или электронным пучком.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия для изготовления композиционного материала для подслоя применяют как минимум одну составляющую из металла из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, иттрий, цинк, олово, свинец.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия композиционный материал для подслоя изготавливают методом механического легирования.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия подслой изготавливают методом газодинамического напыления.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия подслой изготавливают методом фрикционного плакирования.

В алмазном покрытии, состоящем из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя, согласно изобретению подслой выполнен из композиционного материала с наноалмазным частицами. При этом наноалмазные частицы имеет объемную долю 5-90%, а композиционный материал может дополнительно содержать алмазные частицы с размером более 30 нм. Суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к объемной доле наноалмазных частиц не превышает 10. Композиционный материал может содержать еще как минимум одну составляющую из металла из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, тантал, иттрий, цинк, олово, свинец. Или композиционный материал может содержать еще как минимум одну составляющую из неметаллического материала.

В способе получения алмазного покрытия, включающем осаждение алмазного слоя из газовой фазы на содержащий наноалмазы подслой, согласно изобретению подслой изготавливают из композиционного материала, содержащего наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%. При изготовлении подслоя в него могут добавлять алмазные

частицы, а именно алмазные частицы с размером более 30 нм, при этом суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к объемной доле наноалмазных частиц не превышает 10. В способе получения алмазного покрытия возможно перед нанесением алмазного слоя подслой из композиционного материала разглаживать вращающимся инструментом при отклонении его оси вращения от перпендикуляра к обрабатываемой поверхности на 0-45°. При этом скорость вращения вращающегося инструмента может превышать 20 тысяч оборотов в минуту, а подслой возможно разглаживать в вакууме. В способе получения алмазного покрытия перед нанесением алмазного покрытия подслой возможно обрабатывать ионным или электронным пучком. В способе получения алмазного покрытия возможно для изготовления композиционного материала для подслоя применять как минимум одну составляющую из металла из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, тантал, иттрий, цинк, олово, свинец. Возможно композиционный материал для подслоя изготавливать методом механического легирования. В способе получения алмазного покрытия подслой возможно изготавливать методом газодинамического напыления или методом фрикционного плакирования.

В алмазном покрытии, состоящем из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя, согласно изобретению подслой выполнен из композиционного материала с наноалмазными частицами. В известном техническом решении подслой, наносимый на подложку, получают осаждением наноалмазных частиц. При этом сцепление наноалмазных частиц с подложкой и между собой в случае контакта является слабым, что не позволяет получить хорошую адгезию осаждаемого покрытия с подложкой. Из-за слабого сцепления наноалмазные частицы в процессе нанесения покрытия (в начальном периоде) могут смещаться со своего места, что снижает качество покрытия. В предлагаемом техническом решении подслой, наносимый на подложку, выполнен из композиционного материала с наноалмазными частицами. В композиционном материале сцепление наноалмазных частиц обеспечивается связующим компонентом композиционного материала, который может быть металлическим и неметаллическим. В этом случае смещение или отрыв наноалмазных частиц практически невозможен, а наличие связующего компонента обеспечивает высокое сцепление композиционного материала с подложкой, что обеспечивает высокое качество покрытия и высокую адгезию покрытия к подложке.

Наноалмазные частицы могут иметь объемную долю 5-90%. При содержании наноалмазов менее 5%(объемных) получить качественное покрытие чрезвычайно трудно,

так как мало центров зародышеобразования. При содержании наноалмазов более 90%(объемных) наличие связующей составляющей композиционного материала практически не заметно, и она практически не оказывает влияние на прочность материала. То есть в этом случае отличия от прототипа практически не заметно и получить качественное покрытие сложно.

Композиционный материал может дополнительно содержать алмазные частицы с размером более 30 нм. В известном техническом решении (прототип) наноалмазы применяются в качестве центров зародышеобразования для выращивания нанокристаллических и микрокристаллических покрытий (пленок) методом осаждения из газовой фазы. То есть для центров зародышеобразования требуется алмазная структура. Для этой цели могут подойти и алмазы с размерами, превышающими размер наноалмазов, то есть более 30 нм, в том числе и микроалмазы с размерами в единицы, десятки и сотни микрометров. Однако применение только одних микроалмазов не позволит получить качественное покрытие, так как расстояние между такими частицами также будет измеряться в микрометрах, то есть большие площади не будут иметь центров зародышеобразования. Комбинация микроалмазов и наноалмазов позволит разместить частицы с алмазной структурой практически по всей площади подложки (и подслоя).

Суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к объемной доле наноалмазных частиц не превышает 10. Получение равномерного распределения частиц большего размера значительно легче, чем малого. Поэтому суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц может быть несколько меньше, чем в случае применения только наноалмазов, то есть минимальная величина может составлять 4%. Так как размер алмазных частиц композиционного материала больше размера наноалмазных частиц, то суммарная поверхность алмазных частиц меньше при такой же объемной доле, как у наноалмазов. Поэтому в этом случае для связывания может потребоваться меньшее количество связующего компонента композиционного материала и суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц может быть повышена до 95%. Отношение объемной доли алмазных частиц к объемной доле наноалмазных частиц не может превышать 10, в противном случае поверхность подслоя между большими алмазными частицами составляющей не будет заполнена наноалмазными частицами, что приведет к снижению качества покрытия.

Композиционный материал может содержать еще как минимум одну составляющую из металла из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, тантал, иттрий, цинк, олово, свинец. Хорошие результаты показывает

применение для подложки композиционных материалов с металлической матрицей. В основном для этих целей предлагается применять металлы, не образующие карбиды при контакте матрицы с упрочняющими частицами (наноалмазами). Однако возможно применение металлов, которые образуют карбиды, но для их образования требуются специальные условия. Например, возможно применение алюминия. Несмотря на возможное образование карбидов композиционные материалы с углеродными компонентами широко известны, в том числе и с алмазными упрочняющими частицами. И этот материал при обычных условиях стабилен, алмазная составляющая не деградирует. Хорошие показатели достигаются и при применении меди, никеля, кобальта, золота, серебра, платины, тантала, иттрия, цинка, олова, свинца.

Композиционный материал может содержать еще как минимум одну составляющую из неметаллического материала. Связующим материалом может служить также неметаллический материал: керамика, углеродные материалы, полимеры или их смеси. Основное требование к связующей составляющей - отсутствие химического взаимодействия в обычных условиях, то есть необходимо, чтобы не происходило изменения алмазной структуры.

В способе получения алмазного покрытия, включающем осаждение алмазного слоя из газовой фазы на содержащий наноалмазы подслой, согласно изобретению подслой изготавливают из композиционного материала, содержащего наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%. В известном техническом решении подслой, наносимый на подложку, получают осаждением наноалмазных частиц. При этом сцепление наноалмазных частиц с подложкой и между собой в случае контакта является слабым, что не позволяет получить хорошую адгезию осаждаемого покрытия с подложкой. Из-за слабого сцепления наноалмазные частицы в процессе нанесения покрытия (в начальном периоде) могут смещаться со своего места, что снижает качество покрытия. В предлагаемом техническом решении подслой, наносимый на подложку, выполнен из композиционного материала с наноалмазными частицами. В композиционном материале сцепление наноалмазных частиц обеспечивается связующим компонентом композиционного материала, который может быть металлическим и неметаллическим. В этом случае смещение или отрыв наноалмазных частиц практически невозможен, а наличие связующего компонента обеспечивает высокое сцепление композиционного материала с подложкой, что обеспечивает высокое качество покрытия и высокую адгезию покрытия к подложке. Наноалмазные частицы могут иметь объемную долю 5-90%. При содержании наноалмазов менее 5%(объемных) получить качественное покрытие чрезвычайно трудно, так как мало центров зародышеобразования. При содержании

наноалмазов более 90%(объемных) наличие связующей составляющей композиционного материала практически не заметно, и она практически не оказывает влияние на прочность материала. То есть в этом случае отличия от прототипа практически не заметно и получить качественное покрытие сложно.

При изготовлении подслоя в него добавляют алмазные частицы с размером более 30 нм, при этом суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к объемной доле наноалмазных частиц не превышает 10. В известном техническом решении (прототип) наноалмазы применяются в качестве центров зародышеобразования для выращивания нанокристаллических и микрокристаллических покрытий (пленок) методом осаждения из газовой фазы. То есть для центров зародышеобразования требуется алмазная структура. Для этой цели могут подойти и алмазы с размерами, превышающими размер наноалмазов, то есть более 30 нм, в том числе и микроалмазы с размерами в единицы, десятки и сотни микрометров. Однако применение только одних микроалмазов не позволит получить качественное покрытие, так как расстояние между такими частицами также будет измеряться в микрометрах, то есть большие площади не будут иметь центров зародышеобразования. Комбинация микроалмазов и наноалмазов позволит разместить частицы с алмазной структурой практически по всей площади подложки (и подслоя). Получение равномерного распределения частиц большего размера значительно легче, чем малого. Поэтому суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц может быть несколько меньше, чем в случае применения только наноалмазов, то есть минимальная величина может составлять 4%. Так как размер частиц второй алмазной составляющей композиционного материала больше размера наноалмазных частиц, то суммарная поверхность алмазных частиц меньше при такой же объемной доле, как у наноалмазов. Поэтому в этом случае для связывания может потребоваться меньшее количество связующего компонента композиционного материала и суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц может быть повышена до 95%. Отношение объемной доли алмазных частиц к наноалмазным частицам не может превышать 10, в противном случае поверхность подслоя между большими алмазными частицами не будет заполнена наноалмазными частицами, что приведет к снижению качества покрытия.

Перед нанесением алмазного слоя подслой из композиционного материала разглаживают вращающимся инструментом при отклонении его оси вращения от перпендикуляра к обрабатываемой поверхности на 0-45°. Нанесение подслоя могут наносить различными способами, но практически все такие способы нанесения приводят к появлению шероховатости поверхности, что отрицательно скажется на качестве

алмазного покрытия. Кроме этого, в случае применения крупных алмазных частиц, пространственное расположение этих крупных алмазных частиц является хаотичным, то есть к поверхности подслоя крупные алмазные частицы не повернуты максимально возможной площадью. Разглаживание вращающимся инструментом позволит, во-первых, устранить повышенную шероховатость, а во-вторых, позволит повернуть крупные алмазные частицы таким образом, чтобы увеличить на поверхности подслоя площадь алмазной составляющей.

Скорость вращения вращающегося инструмента может превышать 20 тысяч оборотов в минуту. Известно, что при повышении скорости вращения изменяется физика контакта. В этом случае поверхность имеет меньшую шероховатость и облегчается поворот крупных алмазных частиц. Экспериментально показано, что такой эффект наблюдается при скоростях вращения более 20 тысяч оборотов в минуту.

Подслой могут разглаживать в вакууме. Применение вакуума для разглаживания устраняет возможное окисление поверхности, что повышает качество покрытия, так как устраняет появление окислов на алмазной поверхности. Шероховатость при этом также снижается.

Перед нанесением алмазного покрытия подслой могут обрабатывать ионным или электронным пучком. Обработка ионным или электронным пучком позволяет очистить алмазную поверхность от загрязнений, в том числе от оксидов и металлов, а также пассивирует поверхность металла от окисления и коррозии, что повышает качество наносимого алмазного покрытия. При этом наноалмазные и алмазные частицы, которые находились очень близко от поверхности подслоя до обработки ионным или электронным пучком, после обработки появятся на поверхности, таким образом площадь подслоя с алмазной структурой увеличится.

Для изготовления композиционного материала для подслоя применяют как минимум одну составляющую из металла из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, тантал, иттрий, цинк, олово, свинец. Хорошие результаты показывает применение для подложки композиционных материалов с металлической матрицей. В основном для этих целей предлагается применять металлы, не образующие карбиды при контакте матрицы с упрочняющими частицами (наноалмазами). Однако возможно применение металлов, которые образуют карбиды, но для их образования требуются специальные условия. Например, возможно применение алюминия. Несмотря на возможное образование карбидов, композиционные материалы с углеродными компонентами широко известны, в том числе и с алмазными упрочняющими частицами. И этот материал при обычных условиях стабилен, алмазные частицы не деградируют.

Хорошие показатели достигаются и при применении меди, никеля, кобальта, золота, серебра, платины, тантала, иттрия, цинка, олова, свинца.

Композиционный материал для подслоя могут изготавливать методом механического легирования. Применение метода механического легирования для получения композиционного материала позволит раздробить агломераты наноалмазов (в исходном состоянии наноалмазные частицы агломерированы, размеры агломератов могут достигать сотен микрометров), что позволит равномерно распределить наноалмазные частицы в матрице, тем самым увеличив алмазные частицы на поверхности подслоя.

Подслой могут изготавливать методом газодинамического напыления. Наносить подслой следует способом, который не приведет к деградации алмазной структуры упрочняющих частиц, при этом необходим высокий уровень сцепления гранул композиционного материала между собой и с основой. Таким методом может являться газодинамическое напыление.

Подслой могут изготавливать методом фрикционного плакирования. Наносить подслой следует способом, который не приведет к деградации алмазной структуры упрочняющих частиц, при этом необходим высокий уровень сцепления гранул композиционного материала между собой и с основой. Таким методом может являться фрикционное плакирование. При этом фрикционное плакирование выравнивает поверхность (нанесение подслоя осуществляется металлическими щетками), что упрощает операцию выравнивания вращающимся инструментом.

Пример 1

Алмазное покрытие, изготовленное методом осаждения из газовой фазы, содержало непосредственно сам алмазный слой толщиной 5 мкм и подслой из композиционного материала «медь+наноалмазы» толщиной 20 мкм. Размер наноалмазов составлял в основной массе 5-6 нм. Содержание наноалмазов в композиционном материале - 35%(объемных). Композиционный материал был получен методом механического легирования и нанесен на основу методом фрикционного плакирования. Алмазный слой полностью покрывал подслой.

Пример 2

Алмазное покрытие, изготовленное методом осаждения из газовой фазы, содержало непосредственно сам алмазный слой толщиной 10 мкм и подслой из композиционного материала «алюминий+наноалмазы+микроалмазы» толщиной 30 мкм. Размер наноалмазов составлял в основной массе 5-6 нм. Содержание суммарной алмазной составляющей в композиционном материале - 60%(объемных), при этом композит содержал 30%(объемных) наноалмазов и 30%(объемных) микроалмазов со средним

размером 0,5 мкм, соотношение между объемной долей наноалмазов и объемной долей второй алмазной составляющей составляло 1. Композиционный материал был получен методом механического легирования и нанесен на основу методом газодинамического напыления. Алмазный слой полностью покрывал подслой.

Пример 3

Алмазное покрытие, изготовленное методом осаждения из газовой фазы, содержало непосредственно сам алмазный слой толщиной 5 мкм и подслой из композиционного материала «никель+наноалмазы+микроалмазы» толщиной 10 мкм. Размер наноалмазов составлял в основной массе 5-6 нм. Размер микроалмазов составлял 0,3-0,4 мкм. Содержание наноалмазов в композиционном материале - 10%(объемных). Содержание микроалмазов - 25%(объемных). Микроалмазов содержалось в 2,5 раза больше, чем наноалмазов. Композиционный материал был получен методом механического легирования и нанесен на основу методом газодинамического напыления. Алмазный слой полностью покрывал подслой.

Пример 4

Алмазное покрытие, изготовленное методом осаждения из газовой фазы, содержало непосредственно сам алмазный слой толщиной 25 мкм и подслой из композиционного материала «керамика на основе оксида алюминия+наноалмазы+микроалмазы» толщиной 100 мкм. Размер наноалмазов составлял в основной массе 5-6 нм, размер микроалмазов составлял 0,4-0,5 мкм. Содержание наноалмазов в композиционном материале - 30%(объемных), содержание микроалмазов -30%(объемных). Композиционный материал был получен обработкой в планетарной мельнице (методом механического легирования) и нанесен на основу методом газодинамического напыления. Алмазное покрытие полностью покрывало подслой.

Пример 5

Способ получения алмазного покрытия был выполнен по следующей схеме. Вначале изготовили композиционный материал «медь+наноалмазы» методом механического легирования. Композиционный материал получили в виде гранул. Содержание наноалмазов было равно 40%(объемных). Размер основной фракции наноалмазных частиц равнялся 5-6 нм, не более 10% составляли частицы размером менее 5 нм (до 2 нм) и более 6 нм (до 30 нм). Механическое легирование осуществляли в течение 7 часов рабочего времени в планетарной мельнице при применении шаров в качестве технологического инструмента. При механическом легировании осуществляли остановку оборудования для охлаждения на 5 мин после каждых 10 мин работы. Полученные механическим легированием гранулы компактировали в объемный материал в виде цилиндров диаметром 40 мм высотой 50 мм. Эти цилиндры из композиционного материала применили для нанесения методом фрикционного плакирования подслоя на основу, которая представляла собой пластину из нержавеющей стали. После нанесения подслоя, содержащего наноалмазные частицы, осуществили осаждение алмазного слоя из газовой фазы. Алмазный слой полностью покрывал подслой.

Пример 6

Способ получения алмазного покрытия был выполнен по следующей схеме. Вначале изготовили композиционный материал «никель+наноалмазы+микроалмазы» методом механического легирования. Композиционный материал получили в виде гранул. Содержание наноалмазов было равно 15%(объемных), содержание микроалмазов - 30%(объемных). Размер основной фракции наноалмазных частиц равнялся 5-6 нм, не более 10% составляли частицы размером менее 5 нм (до 2 нм) и более 6 нм (до 30 нм). Размер основной фракции микроалмазов находился в пределах 0,5-0,7 мкм. Механическое легирование осуществляли в течение 8 часов рабочего времени в планетарной мельнице при применении шаров в качестве технологического инструмента. При механическом легировании осуществляли остановку оборудования для охлаждения на 5 мин после каждых 10 мин работы. Полученные механическим легированием гранулы применили для нанесения подслоя методом газодинамического напыления на основу, которая представляла собой пластину из нержавеющей стали. После нанесения подслоя, содержащего наноалмазные частицы, осуществили разглаживание поверхности нанесенного подслоя из композиционного материала вращающимся инструментом без отклонения его оси вращения от перпендикуляра к обрабатываемой поверхности. После выравнивания поверхности осуществили обработку поверхности ионным пучком в течение 20 мин в условиях вакуума. Затем осуществили осаждение алмазного слоя из газовой фазы на подложку из композиционного материала. Алмазный слой полностью покрывал подслой.

Пример 7

Способ получения алмазного покрытия был выполнен по следующей схеме. Вначале изготовили композиционный материал «медь+наноалмазы (первая алмазная составляющая)+микроалмазы (вторая алмазная составляющая)» методом механического легирования. Композиционный материал получили в виде гранул. Содержание наноалмазов было равно 20%(объемных), содержание микроалмазов - 25%(объемных). Размер основной фракции наноалмазных частиц равнялся 5-6 нм, не более 10% составляли частицы размером менее 5 нм (до 2 нм) и более 6 нм (до 30 нм). Размер основной фракции микроалмазов находился в пределах 0,7-1,0 мкм. Максимальный размер микроалмазных

частиц составлял 1,5 мкм. Механическое легирование осуществляли в течение 8 часов рабочего времени в планетарной мельнице при применении шаров в качестве технологического инструмента. При механическом легировании осуществляли остановку оборудования для охлаждения на 5 мин после каждых 10 мин работы. Полученные механическим легированием гранулы применили для нанесения подслоя методом газодинамического напыления на основу, которая представляла собой пластину из нержавеющей стали. После нанесения подслоя, содержащего наноалмазные частицы, осуществили разглаживание поверхности нанесенного подслоя из композиционного материала вращающимся инструментом с отклонением его оси вращения от перпендикуляра к обрабатываемой поверхности 10°. Скорость вращения составила 30 тыс. оборотов в минуту. После выравнивания поверхности осуществили обработку поверхности электронным пучком в течение 20 мин в условиях вакуума. Затем осуществили осаждение алмазного слоя из газовой фазы на подложку из композиционного материала. Алмазный слой полностью покрывал подслой. Пример 8

Способ получения алмазного покрытия был выполнен по следующей схеме. Вначале изготовили композиционный материал «медь+наноалмазы» методом механического легирования. Композиционный материал получили в виде гранул. Содержание наноалмазов было равно 40%(объемных). Размер основной фракции наноалмазных частиц равнялся 5-6 нм, не более 10% составляли частицы размером менее 5 нм (до 2 нм) и более 6 нм (до 30 нм). Механическое легирование осуществляли в течение 7 часов рабочего времени в планетарной мельнице при применении шаров в качестве технологического инструмента. При механическом легировании осуществляли остановку оборудования для охлаждения на 5 мин после каждых 10 мин работы. Полученные механическим легированием гранулы компактировали в объемный материал в виде цилиндров диаметром 40 мм высотой 50 мм. Эти цилиндры из композиционного материала применили для нанесения методом фрикционного плакирования подслоя на основу, которая представляла собой пластину из латуни Л63. После нанесения подслоя, содержащего наноалмазную составляющую, осуществили осаждение алмазного слоя из газовой фазы. Алмазный слой полностью покрывал подслой.

1. Алмазное покрытие, состоящее из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя, отличающееся тем, что подслой выполнен из композиционного материала, имеющего металлическое или неметаллическое связующее и упомянутые наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%.

2. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый композиционный материал дополнительно содержит алмазные частицы с размером более 30 нм.

3. Покрытие по п. 2, отличающееся тем, что суммарная объемная доля наноалмазных частиц и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к объемной доле наноалмазных частиц не превышает 10.

4. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что композиционный материал содержит как минимум одну составляющую из металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, тантал, иттрий, цинк, олово, свинец.

5. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что композиционный материал содержит как минимум одну составляющую из неметаллического материала.

6. Способ получения алмазного покрытия на подложке, включающий нанесение подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесение алмазного слоя осаждением из газовой фазы, отличающийся тем, что упомянутый подслой, содержащий наноалмазные частицы, выполняют из композиционного материала, имеющего металлическое или неметаллическое связующее и наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при изготовлении подслоя дополнительно используют алмазные частицы с размером более 30 нм, при этом суммарная объемная доля наноалмазных и алмазных частиц равна 4-95%, а отношение объемной доли алмазных частиц к наноалмазным частицам не превышает 10.

8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что перед нанесением алмазного слоя подслой из композиционного материала разглаживают вращающимся инструментом при отклонении его оси вращения от перпендикуляра к обрабатываемой поверхности на 0-45°.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что скорость вращения вращающегося инструмента превышает 20 тысяч оборотов в минуту.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что подслой разглаживают в вакууме.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что перед нанесением алмазного покрытия подслой обрабатывают ионным или электронным пучком.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для изготовления композиционного материала для подслоя используют как минимум одну составляющую из металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, никель, кобальт, золото, серебро, платина, тантал, иттрий, цинк, олово, свинец.

13. Способ по п. 6 или 7, или 9, или 10, или 11, или 12, отличающийся тем, что композиционный материал для упомянутого подслоя изготавливают методом механического легирования.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что упомянутый подслой изготавливают методом газодинамического напыления.

15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что упомянутый подслой изготавливают методом фрикционного плакирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в устройствах, преобразующих один вид энергии в другой, например в двигателях внутреннего сгорания. Теплообменная металлическая поверхность (1) имеет углубления (2), заполненные материалом с теплопроводностью ниже, чем теплопроводность материала поверхности (1).

Изобретение относится к производству композиционного материала. Композиционный материал содержит металлический компонент металлической матрицы (201, 211) и расположенный в металлической матрице (201, 211) армирующий компонент (202) и дополнительный армирующий компонент.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий включает плазменное напыление подслоя нихрома и последующее напыление керметной композиции из механической порошковой смеси, содержащей 50÷80 мас.% диоксида циркония и 50÷20 мас.% порошка никеля, плакированного алюминием, дисперсностью 63÷125 мкм.
Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к способу размерной и упрочняющей обработки лопаток ГТД, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к технологии восстановления изношенных поверхностей стальных деталей на основе самофлюсующихся сплавов, обладающих высоким сопротивлением абразивному изнашиванию, стойкости против коррозии и окисления в сочетании с отличными антифрикционными свойствами в широком интервале температур, работающих в условиях агрессивной среды и интенсивного изнашивания.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к покрытиям для восстановления и упрочнения запорной и регулирующей арматуры. Покрытие для нанесения на приводные элементы запорной и регулирующей арматуры представляет собой двухслойную систему, состоящую из подслоя и основного слоя.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения теплозащитных износостойких покрытий на деталях из чугуна или стали. Проводят абразивно-струйную обработку карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм, осуществляют плазменное напыление подслоя состава Co-Cr-Al-Y и последующее напыление керметной композиции из порошковой смеси, содержащей компоненты, при следующем соотношении, вес.%: нихром 10-20, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, 30-20, никельалюминий 30-40, никельтитан 20-10, карбид хрома 5, карбид вольфрама 5.

Изобретение может быть использовано в медицине при производстве препаратов для послеоперационной поддерживающей терапии. Проводят термическое разложение метана в герметичной камере на подложках из кремния или никеля при давлении 10-30 Торр и температуре 1050-1150 °С.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к вакуумной установке для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали.

Изобретение относится к области нанесения покрытий, а именно к электровзрывному напылению композиционных покрытий системы Al-TiB2 на алюминиевые поверхности. Технический результат - повышение износостойкости и микротвердости покрытия, увеличение его адгезии к основе.

Изобретение относится к способу получения наноструктурированных покрытий для защиты поверхностей изделий. Способ включает формирование в камере сгорания распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на подложке.
Изобретение относится к технологии получения покрытий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей для придания поверхности повышенных характеристик сопротивления коррозии.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения материалов с заданным уровнем физико-механических характеристик. Способ включает разгон легирующего порошка энергией взрыва зарядом бризантного взрывчатого вещества.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам получения антифрикционных восстановительных покрытий методом газодинамического напыления на стальных изделиях, используемых в технологических процессах восстановления деталей в узлах машин и в авиационной технике.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к покрытиям для восстановления и упрочнения запорной и регулирующей арматуры. Покрытие для нанесения на приводные элементы запорной и регулирующей арматуры представляет собой двухслойную систему, состоящую из подслоя и основного слоя.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к чистовой упрочняющей безабразивной обработке поверхностей деталей из конструкционных сталей. На поверхности дорожки качения подшипника размещают порошок графита или дисульфида молибдена и через слой порошка к поверхности вращающейся детали прижимают индентор, совершающий ультразвуковые механические колебания.

Изобретение относится к способу получения магнитотвердого покрытия из сплава самария с кобальтом и может использоваться при изготовлении постоянных магнитов, используемых в конструкциях малогабаритных двигателей постоянного тока, бортовой измерительной аппаратуре, а также различных устройствах, предназначенных для исследования космического пространства.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения теплозащитных износостойких покрытий на деталях из чугуна или стали. Проводят абразивно-струйную обработку карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм, осуществляют плазменное напыление подслоя состава Co-Cr-Al-Y и последующее напыление керметной композиции из порошковой смеси, содержащей компоненты, при следующем соотношении, вес.%: нихром 10-20, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, 30-20, никельалюминий 30-40, никельтитан 20-10, карбид хрома 5, карбид вольфрама 5.
Изобретение относится к способу получения адгезионно-прочных медных покрытий на керамической поверхности с использованием газодинамического напыления. Проводят предварительное напыление подслоя из оксида меди (1) с последующим напылением медного покрытия и термическую обработку покрытия.

Изобретение относится к устройству газодинамического нанесения покрытий на внешние цилиндрические поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении и других областях хозяйства.

Изобретение предназначено для аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности и обработки твёрдых и сверхтвёрдых материалов. На молекулярный фуллерен С60 или фуллеренсодержащую сажу с добавкой серосодержащего соединения воздействуют давлением от 0,2 до 12 ГПа и температурой от 0 до 2000 oС.
Наверх