Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Закопец О.И.

Самарский государственный технический университет, Россия

Исследование микроструктуры и качества покрытий TiN на литейных алюминиевых сплавах

Комплексные исследования качества ионно-плазменных покрытий из нитрида титана [1-3], нанесенных на поверхность отливок из литейных алюминиевых сплавов систем легирования Al-Si и Al-Si-Cu, выявили наличие существенного количества дефектных участков.

На рисунке 1 приведен внешний вид дефектных участков покрытия. На фоне однородно окрашенной поверхности качественного покрытия выявляются темные участки. Выполнены исследования (отливки из сплавов АК5М2, АК9М2), позволяющие выявить причины появления дефектных участков и предложить технологические приемы их устранения.

Рисунок 1 – Дефектные участки покрытия

Рентгеновский фазовый анализ покрытий на сплавах АК5М2 и АК9М2 установил наличие фаз: α-твердый раствор на основе алюминия, кристаллы кремния, нитрид титана TiN.

В таблице 1 приведена микротвердость поверхности образцов без покрытия, а также микротвердость образцов с нанесенным покрытием, как в качественных, так и дефектных участках.

Таблица 1

Микротвердость поверхности отливок до и после нанесения покрытия

Марка сплава	Без покрытия, кгс/мм^2	Участок с качественным покрытием, кгс/мм^2	Участок с дефектом, кгс/мм^2
АК5М2	80	92	134
АК9М2	87	96	150

Как видно из приведенных данных, образцы с покрытием имеют повышенную твердость, особенно в дефектных участках. Также можно отметить и достижение более высокой твердости в сплаве с повышенным содержанием кремния. Можно предположить, что возрастание твердости в дефектных участках покрытия связано с наличием здесь повышенного количества эвтектики (α+Si).

На рисунке 2 приведена микроструктура образцов до и после нанесения покрытия. Образцы без покрытия имеют микроструктуру типичную для литейных алюминиевых сплавов системы Al-Si-Cu. Наблюдаются зоны эвтектики и α-твердого раствора ( рисунок 2а).

а

б

Рисунок 2 – Микроструктура образцов до и после нанесения покрытия

Микроструктура дефектных участков покрытия имеет аналогичный характер. Светлые области структуры окантованы темными образованиями (рисунок 2б). При этом размеры и топология распределения светлых областей и темных образований хорошо коррелирует с размерами и топологией распределения областей с равномерно распределенными и дисперсными эвтектическими выделениями и областей, избыточно содержащих эвтектику, в структуре образцов до напыления.

При шлифовании, полировании и последующей ионной очистке поверхности отливок в вакуумной камере происходит разрушение и «растравливание» зон эвтектики. В результате в этих зонах изменяются такие характеристики поверхности как шероховатость, электродный потенциал, поверхностные напряжения. Отмеченное создает неодинаковое состояние поверхности отливок при конденсации покрытий. В результате образуется «пятнистость» поверхности с чередованием матовых (более темных) и светлых участков покрытия, что делает товарный вид изделий с покрытием неприемлемым.

С целью улучшения качества поверхности предлагается измельчение дендритной структуры и повышение твердости сплавов путем использования форсированных кристаллизационного и послекристаллизационного охлаждений отливок с одновременным сокращением времени старения.

Литература:

1. Муратов В.С., Хамин О.Н., Закопец О.И. Получение качественных ионно-плазменных покрытий на изделиях из литых алюминиевых сплавов // Заготовительные производства в машиностроении. – 2013. - №5. – С. 36-40.

2. Муратов В.С., Хамин О.Н., Закопец О.И. Влияние структуры и твердости литейных алюминиевых сплавов систем Al-Si и Al-Si-Cu на качество ионно-плазменных покрытий // Вестник Самарского Государственного Технического Университета (Серия «Технические науки»). – 2013. - №2(38). – С. 84-90.

3. Муратов В.С., Хамин О.Н., Закопец О.И. Способы повышения качества износостойких ионно-плазменных покрытий нитрида титана на отливках из алюминиевых сплавов // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 1 (Электронный журнал).