logo logo
Українською English

Вхід

Логін
Пароль
Зареєструватися 

Корисні посилання

tntu logo
 
GoogleScholarLogo
 
 
logo


Визначення напружень у матеріалах з напиленими покриттями

НазваВизначення напружень у матеріалах з напиленими покриттями
Назва англійськоюDetermination of stresses in materials with evaporated coatings
АвториОлександр Гасій (https://orcid.org/0000-0001-7684-710X), Ігор Горбачевський (https://orcid.org/0000- 0002-0013-3896), Oleksandr Hasiy (https://orcid.org/0000-0001-7684-710X), Ihor Horbachevsky (https://orcid.org/0000- 0002-0013-3896)
ПринадлежністьНаціональний лісотехнічний університет України, Львів, Україна Ukrainian National Forestry University, Lviv, Ukraine
Бібліографічний описDetermination of stresses in materials with evaporated coatings / Oleksandr Hasiy, Ihor Horbachevsky // Scientific Journal of TNTU. — Tern. : TNTU, 2018. — Vol 92. — No 4. — P. 24–33. — (Mechanics and materials sciense).
Bibliographic description:Hasiy O., Horbachevsky I.(2018) Determination of stresses in materials with evaporated coatings. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 92, no 4, pp. 24-33.
DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2018.04.024
УДК

620.178

Ключові слова

йонно-плазмове покриття, залишкові напруження, термічні напруження, внутрішні напруження, модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона, робота адгезії, границя міцності.
ion-plasma coating, residual stresses, thermal stresses, internal stresses, Young's modulus, Poisson coefficient, adhesion work, strength limit.

Розглянуто структуру напруженого стану в тонких йонно-плазмових покриттях та вплив різних чинників на працездатність конструкцій з такого типу покриттями. Проведено порівняльний аналіз теоретико-експериментальних методів визначення основних механічних характеристик покриттів, а саме: через співвідношення, що пов’язує напруження у покритті з радіусом вигину матеріалу після нанесення покриття; через розв’язок задачі про плоский напружений стан пластини з нанесеним тонким покриттям з використанням рівняння рівноваги зігнутої балки. Розрахунок залишкових напружень покриттів Ti, TiN, Ti-Nі-N, Nі і Мо-N показав, що у всіх досліджуваних покриттях при напиленні виникають стискуючі напруження, що можна вважати позитивом при подальшому навантаженні тіла зовнішніми зусиллями, зокрема під час роботи в умовах тертя. Проаналізовано результати досліджень впливу різниці у значеннях температурного коефіцієнта лінійного розширення покриття та основи на залишкові напруження. Запропоновано модель для визначення критичного значення напружень, за якого відбудеться відшаровування покриття за умови, що товщина покриття  суттєво менша товщини основи, а напруження у покритті не перевищують границю пружності. Відтак відшаровування відбуватиметься або через руйнування покриття, або шляхом поширення тріщини вздовж границі контакту, починаючи від подряпини, чи з причини деформацій над областю недосконалої адгезії, зумовлених прикладеними стискаючими зусиллями. Сформульовано умову уникнення руйнування покриття, якщо на поверхні розділу покриття та основи виникла ділянка з недосконалою адгезією. Побудовано графіки зміни напруження по товщині покриттів Ti, TiN, Ti-Nі-N.

The paper considers the structure of the stress state in thin ion-plasma coatings and the influence of various factors on the efficiency of structures of this type of coatings. A comparative analysis of theoretical and experimental methods for determination of the main mechanical characteristics of the coatings is carried out, a model of the problem for analytical determination of the stressed state is proposed. A comparison of the results obtained with known models in the framework of the model is made.

ISSN:2522-4433
Перелік літератури
  1. Углов, А.А. Адгезионная способность пленок [Текст] / А.А. Углов, Л.М. Анищенко,
    С.Е. Кузнецов. − М.: Радио и связь, 1987. − 104 с.
  2. Lyubimov, V.V. Stress analysis and failure possibility assessment of multilayer physically vapour deposited coatings [Теxt] / V.V. Lyubimov, A.A. Voevodin, S.E. Spassky, A.L. Yerokhin // Thin Solid Films. 1992. Vol. 207. Pр. 117 − 125. https://doi.org/10.1016/0040-6090(92)90111-N
  3. Щуйко, Я.В. Комбінований метод визначення напруженого стану вакуумних йонно-плазмових покриттів [Текст] / Я.В. Щуйко, В.М. Голубець, О.Б. Гасій // Проблеми трибології. − 2004. −
    № 3. − С. 47 − 52.
  4. Orowan, E. Classification and Nomenclature of Internal Stresses / E. Orowan // Proceedings of Symposium of Internal Stresses in Metals and Alloys. London. The Institute of Metals. − 1948. –
    P. 47 − 59.
  5. Давыдснков, Н.Н. Избранные труды (в 2-х т.) [Текст] / Н.Н. Давыдснков. − К: Наук. думка,
    1981. − Т. 2. − С. 319 − 359.
  6. Биргер, И.А. Остаточные напряжения [Текст] / И.А. Биргер. − М.: Машгиз, 1963. − 232 с.
  7. Дехтярь, Л.И. Определение остаточных  напряжений в покрытиях и биметаллах [Текст] / Л.И. Дехтярь. − Кишинев: Картя молдовеняске, 1968. − 175 с.
  8. Ваграмян, А.Т. Физико-механические свойства электролитических осадков [Текст] /
    А.Т. Ваграмян, Ю.С. Петрова. − М.: Изд-во АН СССР, 1960. – 206 с.
  9. Ваграмян, А.Т. Методы исследования электроосаждения металлов. [Текст] / А.Г. Ваграмян, З.А. Соловьева. − М.: Изд-во АН СССР, 1960. – 448 с.
  10. Савчук, Я.И. Повышение стойкости дисковых пил при обработке древесностружечных плит нанесением покрытия нитрида титана: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.06.02 [Текст] /
    Я.И. Савчук. − Львов, 1984. − 24 с.
  11. Stoney, G.G. The Tension of Metallic Films Deposited by Electrolysis [Теxt] / G.G. Stoney //
    Proceedings оf Royal Society London. Ser.A. − 1909. − Vol. 82. − Р. 172 − 175. https://doi.org/10.1098/rspa.1909.0021
  12. Huang, Y. Extension of Stoney's Formula to Arbitrary Temperature Distributions in Thin Film/Substrate Systems [Теxt] / Y. Huang, A.J. Rosakis // Journal of Applied Mechanics. − 2007. − Vol. 74. −
    Р. 1225 − 1233. https://doi.org/10.1115/1.2744035
  13. Feng, X. Stresses in a Multilayer Thin Film/Substrate System Subjected to Nonuniform Temperature [Теxt] / X. Feng, Y. Huang, A.J. Rosakis // Journal of Applied Mechanics. − 2008. − Vol. 75. −
    Р. 021022-1 − 021022-7. https://doi.org/10.1115/1.2755178
  14. Голубець, В.М. Роль структурного і температурного факторів у формуванні напруженого стану вакуумних йонно-плазмових покриттів [Текст] / В.М. Голубець, О.Б. Гасій, Я.В. Щуйко // Проблеми трибології. − 2008. − № 1. − С. 24 − 28.
  15. Францевич, И.Н. Упругие постоянные и модули упругости металлов и неметаллов [Текст] /
    И.Н. Францевич. − К.: Наук. думка, 1982. − 260 с.
  16. Журавлев, Г.И. Химия и технология термостойких неорганических покрытий [Текст] / Г.И. Журавлев. − Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1975. − 199 с.
  17. Arai, T. Evaluation of Adhesion Strength of Thin Hard Coatings [Теxt] / T. Arai, H. Fujita, M. Watanabe // Thin Solid Films. − 1987. − Vol. 154. − Р. 387 − 401.
  18. Thouless, M.D. Some Mechanics for the Adhesion of Thin Films [Теxt] / M.D. Thouless // Thin Solid Films. − 1989. − Vol. 181. − Р. 397 − 406.
  19. Черепанов, Г.П. Механика разрушения композиционных материалов [Текст] / Г.П. Черепанов. −
    М.: Наука, 1983. − 296 с.
  20. Varchenya, S.A. Adhesion of Thin Metallic Films to Non-metallic Substrates [Теxt] / S.A. Varchenya,
    A. Simanovskis, S.V. Stolyarova // Thin Solid Films. − 1988. − Vol. 164. − Р. 147 − 152.
  21. Bull, SJ. The Use of Scratch Adhesion Testing for the Determination of Interfacial Adhesion − the Importance of Frictional Drag [Теxt] / S.J. Bull, D.S. Rickerby, A. Matthews, A. Leyland, A.R. Pace,
    J. Valli // Surface and Coatings Technology. − 1988. − Vol. 36. − P. 503 − 517.
  22. Андреев, А.А. Вакуумно-дуговые покрытия [Текст] / А.А. Андреев, Л.П. Саблев, С.Н. Григорьев. –
    Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010. − 318 с.
References:

1. Uglov A.A., Anishhenko L.M., Kuzneczov S.E. Adgezionnaya sposobnost' plenok. Moscow, Radio i svіyaz'. 1987. 104 p. [Іn Russian].
2. Lyubimov V.V., Voevodin A.A., Spassky S.E., Yerokhin A.L. Stress analysis and failure possibility assessment of multilayer physically vapour deposited coatings. Thin Solid Films, 1992, vol. 207, pp. 117 − 125. https://doi.org/10.1016/0040-6090(92)90111-N 
3. Shchuyko Ya.V., Holubets' V.M., Hasiy O.B. Kombinovanyy metod vyznachennya napruzhenoho stanu vakuumnykh yonno-plazmovykh pokryttiv. Problemy trybolohiyi - Problems of Tribology, 2004, no 3, pp. 47 − 52 [Іn Ukranian].
4. Orowan E. Classification and Nomenclature of Internal Stresses. Proceedings of Symposium of Internal Stresses in Metals and Alloys. London. The Institute of Metals, 1948, pp. 47 − 59.
5. Davy'denkov N.N. Izbranny'e trudy' (v 2-x t.). Kiev, Naukova dumka. 1981. Vol. 2. Pp. 319 - 359. [Іn Russian].
6. Birger I.A. Ostatochny'e napryazheniya. Moscow, Mashgiz. 1963. 232 p. [Іn Russian].
7. Dextyar' L.I. Opredelenie ostatochny'x napryazhenij v pokry'tiyax i bimetallax. Kishinev, Kartya moldovenyaske. 1968. 175 p. [Іn Russian].
8. Vagramyan A.T., Petrova Yu.S. Fiziko-mexanicheskie svojstva e'lektroliticheskix osadkov. Moscow, AN SSSR Publ. 1960. 206 p. [Іn Russian].
9. Vagramyan A.T., Solov'eva Z.A. Metody' issledovaniya e'lektroosazhdeniya metallov. Moscow, AN SSSR Publ. 1960. 448 p. [Іn Russian].
10. Savchuk Ja.I. Povyshenie stojkosti diskovyh pil pri obrabotke drevesnostruzhechnyh plit naneseniem pokrytija nitrida titana : avtoref. dis. … kand. tehn. nauk: 05.06.02. L'vov, 1984, 24 p. [In Russian].
11. Stoney G.G. The Tension of Metallic Films Deposited by Electrolysis. Proceedings оf Royal Society London. Ser.A, 1909, vol. 82, pp. 172 − 175. https://doi.org/10.1098/rspa.1909.0021 
12. Huang Y., Rosakis A.J. Extension of Stoney's Formula to Arbitrary Temperature Distributions in Thin Film/Substrate Systems. Journal of Applied Mechanics, 2007, vol. 74, pp. 1225 − 1233. https://doi.org/10.1115/1.2744035 
13. Feng X., Huang Y., Rosakis A.J. Stresses in a Multilayer Thin Film/Substrate System Subjected to Nonuniform Temperature. Journal of Applied Mechanics, 2008, vol. 75, pp. 021022-1 − 021022-7. https://doi.org/10.1115/1.2755178 
14. Holubets' V.M., Hasiy O.B., Shchuyko Ya.V. Rol' strukturnoho i temperaturnoho faktoriv u formuvanni napruzhenoho stanu vakuumnykh yonno-plazmovykh pokryttiv. Problemy trybolohiyi − Problems of Tribology, 2008, no 1, pp. 24 − 28. [Іn Ukranian].
15. Francevich I.N. Uprugie postoyanny'e i moduli uprugosti metallov i nemetallov. Kiev, Naukova dumka. 1982. 260 p. [Іn Russian].
16. Zhuravlev G.I. Ximiya i texnologiya termostojkix neorganicheskix pokry'tij. Leningrad, Ximiya. Leningrad brunch. 1975. 199 p. [Іn Russian].
17. Arai T., Fujita H., Watanabe M. Evaluation of Adhesion Strength of Thin Hard Coatings, 1987, vol. 154, pp. 387 − 401. https://doi.org/10.1016/0040-6090(87)90381-6 
18.Thouless M.D. Some Mechanics for the Adhesion of Thin Films. Thin Solid Films, 1989, vol. 181, pp. 397 − 406. https://doi.org/10.1016/0040-6090(89)90508-7 
19.Cherepanov G.P. Mexanika razrusheniya kompozicionny'x materialov. Moscow, Nauka. 1983. 296 p. [Іn Russian].
20. Varchenya S.A., Simanovskis A., Stolyarova S.V. Adhesion of Thin Metallic Films to Non-metallic Substrates. Thin Solid Films, 1988, vol. 164, pp. 147 − 152. https://doi.org/10.1016/0040-6090(88)90125-3 
21.Bull SJ., Rickerby D.S., Matthews A., Leyland A., Pace A.R., Valli J. The Use of Scratch Adhesion Testing for the Determination of Interfacial Adhesion − the Importance of Frictional Drag. Surface and Coatings Technology, 1988, vol. 36, pp. 503 − 517. https://doi.org/10.1016/0257-8972(88)90178-8 
22. Andreev A.A., Sablev L.P., Grigor'ev S.N. Vakuumno-dugovy'e pokry'tiya. Xar'kov. NNC XFTI. 2010. 318 p. [Іn Russian].

 

 

 

 
 

 

 

Завантажити

Всі права захищено © 2019. Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя.