RU2544219C1 - Diamond coating and method for its production - Google Patents
Diamond coating and method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2544219C1 RU2544219C1 RU2013140807/02A RU2013140807A RU2544219C1 RU 2544219 C1 RU2544219 C1 RU 2544219C1 RU 2013140807/02 A RU2013140807/02 A RU 2013140807/02A RU 2013140807 A RU2013140807 A RU 2013140807A RU 2544219 C1 RU2544219 C1 RU 2544219C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sublayer
- diamond
- particles
- composite material
- coating
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов.The invention relates to the field of nanotechnology, namely to diamond nanocrystalline coatings and methods for its production using nanodiamonds.
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.A diamond coating and a method for applying it using a silicon substrate are known (2032765 (C1) “A method for applying a diamond coating from a vapor phase and a device for its implementation” (C23C 14/00) Application: 4355493/21, 04/01/1988. Published: 10.04. 1995). However, the use of a silicon substrate does not allow to obtain a high quality coating.
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.A well-known technical solution is a diamond coating consisting of a sublayer containing nanodiamond particles with a size of 2 to 30 nm, and a method for its production, including the deposition of a diamond layer from the gas phase on a sublayer containing nanodiamonds (N.A. Feoktistov, V.I.Sakharov , IT Serenkov et al. Aerosol deposition of detonation nanodiamonds as nuclei for the growth of nanocrystalline diamond films and isolated particles // Journal of Technical Physics, 2011, Volume 81, Issue 5, pp. 132-138). However, the concentration of nanodiamonds in the sublayer is not high and their adhesion (adhesion) to the substrate is weak, which makes it impossible to obtain a high-quality coating.
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.The closest analogue of the invention (JP 2012161873 A, published. 08.30.2012) is a method for producing a diamond coating on a stainless steel substrate, including applying a layer containing nanodiamond particles with a size of 2 to 30 nm and deposition of the diamond layer from the gas phase, and diamond a coating made of these layers.
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.The objective of the invention is to improve the quality of the coating and its adhesion to the substrate (if increased adhesion to the substrate is required). For this, it is proposed that the sublayer be made of a composite material with a high content of the diamond phase, which may contain either only nanodiamonds, or a combination of nanodiamonds and larger diamond particles. The presence of a binder component of the composite material will increase the strength of the sublayer, which will lead to an increase in the quality of the coating.
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.To achieve this goal, according to the proposed technical solution, in a diamond coating consisting of a sublayer containing nanodiamond particles with a size of 2 to 30 nm, and deposited by deposition of a diamond layer from the gas phase, the sublayer is made of a composite material with nanodiamond particles.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии наноалмазные частицы имеют объемную долю 5-90%.The task can also be achieved by the fact that in a diamond coating nanodiamond particles have a volume fraction of 5-90%.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии композиционный материал дополнительно содержит алмазные частицы с размером более 30 нм.The task can also be achieved by the fact that in the diamond coating the composite material additionally contains diamond particles with a size of more than 30 nm.
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.The stated task can also be achieved by the fact that in a diamond coating the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles is 4-95%, and the ratio of the volume fraction of diamond particles to the volume fraction of nanodiamond particles does not exceed 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.The task can also be achieved by the fact that in the diamond coating the composite material contains at least one more component of a metal from a series: copper, aluminum, nickel, cobalt, gold, silver, platinum, tantalum, yttrium, zinc, tin, lead.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в алмазном покрытии композиционный материал содержит еще как минимум одну составляющую из неметаллического материала.The task can also be achieved by the fact that in the diamond coating the composite material contains at least one more component of non-metallic material.
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%.The task can also be achieved by the fact that in the method of producing a diamond coating, including the deposition of a diamond layer from the gas phase on a sublayer containing nanodiamonds, according to the invention, the sublayer is made of a composite material containing nanodiamonds with a volume fraction of 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.The problem can also be achieved by the fact that in the method of producing a diamond coating in the manufacture of the sublayer, diamond particles with a size of more than 30 nm are added to it, while the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles is 4-95%, and the ratio of the volume fraction of diamond particles to nanodiamond particles does not exceed 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°.The task can also be achieved by the fact that in the method of obtaining a diamond coating before applying the diamond layer, the sublayer of the composite material is smoothed with a rotating tool when its axis of rotation deviates from the perpendicular to the work surface by 0-45 °.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия скорость вращения вращающегося инструмента превышает 20 тысяч оборотов в минуту.The task can also be achieved by the fact that in the method of obtaining a diamond coating, the rotation speed of a rotating tool exceeds 20 thousand revolutions per minute.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия подслой разглаживают в вакууме.The task can also be achieved by the fact that in the method for producing a diamond coating, the sublayer is smoothed in a vacuum.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия перед нанесением алмазного покрытия подслой обрабатывают ионным или электронным пучком.The problem can also be achieved by the fact that in the method of obtaining a diamond coating before applying the diamond coating, the sublayer is treated with an ion or electron beam.
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.The problem can also be achieved by the fact that in the method of producing a diamond coating for the manufacture of a composite material for the sublayer, at least one metal component of the series is used: copper, aluminum, nickel, cobalt, gold, silver, platinum, yttrium, zinc, tin, lead .
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия композиционный материал для подслоя изготавливают методом механического легирования.The problem can also be achieved by the fact that in the method for producing a diamond coating, the composite material for the sublayer is made by mechanical alloying.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия подслой изготавливают методом газодинамического напыления.The task can also be achieved by the fact that in the method for producing a diamond coating, the sublayer is made by gas dynamic spraying.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе получения алмазного покрытия подслой изготавливают методом фрикционного плакирования.The task can also be achieved by the fact that in the method of obtaining a diamond coating, the sublayer is made by friction cladding.
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.In a diamond coating consisting of a sublayer containing nanodiamond particles with a size of 2 to 30 nm, and deposited by vapor deposition of a diamond layer, according to the invention, the sublayer is made of a composite material with nanodiamond particles. In this case, nanodiamond particles have a volume fraction of 5-90%, and the composite material may additionally contain diamond particles with a size of more than 30 nm. The total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles is 4-95%, and the ratio of the volume fraction of diamond particles to the volume fraction of nanodiamond particles does not exceed 10. The composite material may contain at least one more component from a metal from a series: copper, aluminum, nickel, cobalt , gold, silver, platinum, tantalum, yttrium, zinc, tin, lead. Or, the composite material may contain at least one non-metallic component.
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 In the method for producing a diamond coating, comprising depositing a diamond layer from the gas phase onto a nanodiamonds sublayer, according to the invention, the sublayer is made of a composite material containing nanodiamonds with a volume fraction of 5-90%. In the manufacture of a sublayer, diamond may be added to it.
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.particles, namely diamond particles with a size of more than 30 nm, while the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles is 4-95%, and the ratio of the volume fraction of diamond particles to the volume fraction of nanodiamond particles does not exceed 10. In the method for producing a diamond coating, it is possible before by applying a diamond layer, smooth the sublayer of composite material with a rotating tool when its axis of rotation deviates from the perpendicular to the work surface by 0-45 °. In this case, the rotation speed of a rotating tool can exceed 20 thousand rpm, and the sublayer can be smoothed out in a vacuum. In the method for producing a diamond coating, before applying the diamond coating, the sublayer may be treated with an ion or electron beam. In the method for producing a diamond coating, it is possible to use at least one component from a series of metals for the manufacture of a composite material for a sublayer: copper, aluminum, nickel, cobalt, gold, silver, platinum, tantalum, yttrium, zinc, tin, and lead. It is possible to produce composite material for the sublayer by mechanical alloying. In the method of producing a diamond coating, the sublayer may be produced by gas-dynamic spraying or friction cladding.
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.In a diamond coating consisting of a sublayer containing nanodiamond particles with a size of 2 to 30 nm, and deposited by vapor deposition of a diamond layer, according to the invention, the sublayer is made of a composite material with nanodiamond particles. In a known technical solution, a sublayer deposited on a substrate is obtained by the deposition of nanodiamond particles. In this case, the adhesion of nanodiamond particles with the substrate and with each other in the case of contact is weak, which does not allow to obtain good adhesion of the deposited coating with the substrate. Due to poor adhesion, nanodiamond particles during the coating process (in the initial period) can move from their place, which reduces the quality of the coating. In the proposed technical solution, the sublayer applied to the substrate is made of a composite material with nanodiamond particles. In the composite material, the adhesion of nanodiamond particles is provided by the binder component of the composite material, which may be metallic or non-metallic. In this case, the displacement or detachment of nanodiamond particles is practically impossible, and the presence of a binder component provides high adhesion of the composite material to the substrate, which ensures high coating quality and high adhesion of the coating to the substrate.
Наноалмазные частицы могут иметь объемную долю 5-90%. При содержании наноалмазов менее 5%(объемных) получить качественное покрытие чрезвычайно трудно, Nanodiamond particles can have a volume fraction of 5-90%. When the content of nanodiamonds is less than 5% (volumetric) it is extremely difficult to obtain a high-quality coating,
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.since there are few nucleation centers. When the content of nanodiamonds is more than 90% (volumetric), the presence of a binder component of the composite material is practically not noticeable, and it practically does not affect the strength of the material. That is, in this case, the differences from the prototype are practically not noticeable and it is difficult to obtain high-quality coating.
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).The composite material may further comprise diamond particles with a size greater than 30 nm. In a known technical solution (prototype), nanodiamonds are used as nucleation centers for growing nanocrystalline and microcrystalline coatings (films) by gas vapor deposition. That is, nucleation centers require a diamond structure. Diamonds with sizes exceeding the size of nanodiamonds, i.e. more than 30 nm, including micro diamonds with sizes of units, tens and hundreds of micrometers, can also be suitable for this purpose. However, the use of micro-diamonds alone will not allow to obtain a high-quality coating, since the distance between such particles will also be measured in micrometers, that is, large areas will not have nucleation centers. The combination of micro-diamonds and nanodiamonds will make it possible to place particles with a diamond structure over almost the entire area of the substrate (and sublayer).
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.The total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles is 4-95%, and the ratio of the volume fraction of diamond particles to the volume fraction of nanodiamond particles does not exceed 10. Obtaining a uniform distribution of larger particles is much easier than small. Therefore, the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles can be slightly less than in the case of using only nanodiamonds, that is, the minimum value can be 4%. Since the size of the diamond particles of the composite material is larger than the size of the nanodiamond particles, the total surface of the diamond particles is smaller at the same volume fraction as the nanodiamonds. Therefore, in this case, for binding, a smaller amount of the binder component of the composite material may be required and the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles can be increased to 95%. The ratio of the volume fraction of diamond particles to the volume fraction of nanodiamond particles cannot exceed 10, otherwise the surface of the sublayer between the large diamond particles of the component will not be filled with nanodiamond particles, which will lead to a decrease in the quality of the coating.
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 A composite material may contain at least one other component of a metal from a series: copper, aluminum, nickel, cobalt, gold, silver, platinum, tantalum, yttrium, zinc, tin, and lead. Good results
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.application for the substrate of composite materials with a metal matrix. Basically, for these purposes, it is proposed to use metals that do not form carbides upon contact of the matrix with hardening particles (nanodiamonds). However, it is possible to use metals that form carbides, but special conditions are required for their formation. For example, aluminum may be used. Despite the possible formation of carbides, composite materials with carbon components are widely known, including with diamond hardening particles. And this material is stable under normal conditions, the diamond component does not degrade. Good performance is also achieved with copper, nickel, cobalt, gold, silver, platinum, tantalum, yttrium, zinc, tin, and lead.
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.A composite material may contain at least one non-metallic component. A non-metallic material may also serve as a binder: ceramics, carbon materials, polymers, or mixtures thereof. The main requirement for the binder component is the absence of chemical interaction under ordinary conditions, that is, it is necessary that the diamond structure does not change.
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 In the method for producing a diamond coating, comprising depositing a diamond layer from the gas phase onto a nanodiamonds sublayer, according to the invention, the sublayer is made of a composite material containing nanodiamonds with a volume fraction of 5-90%. In a known technical solution, a sublayer deposited on a substrate is obtained by the deposition of nanodiamond particles. In this case, the adhesion of nanodiamond particles with the substrate and with each other in the case of contact is weak, which does not allow to obtain good adhesion of the deposited coating with the substrate. Due to poor adhesion, nanodiamond particles during the coating process (in the initial period) can move from their place, which reduces the quality of the coating. In the proposed technical solution, the sublayer applied to the substrate is made of a composite material with nanodiamond particles. In the composite material, the adhesion of nanodiamond particles is provided by the binder component of the composite material, which may be metallic or non-metallic. In this case, the displacement or detachment of nanodiamond particles is practically impossible, and the presence of a binder component provides high adhesion of the composite material to the substrate, which ensures high coating quality and high adhesion of the coating to the substrate. Nanodiamond particles can have a volume fraction of 5-90%. When the content of nanodiamonds is less than 5% (volumetric), it is extremely difficult to obtain a high-quality coating, since there are few nucleation centers. When keeping
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.nanodiamonds more than 90% (volume) the presence of a binder component of the composite material is practically not noticeable, and it practically does not affect the strength of the material. That is, in this case, the differences from the prototype are practically not noticeable and it is difficult to obtain high-quality coating.
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.In the manufacture of the sublayer, diamond particles with a size of more than 30 nm are added to it, while the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles is 4-95%, and the ratio of the volume fraction of diamond particles to the volume fraction of nanodiamond particles does not exceed 10. In the known technical solution ( prototype) nanodiamonds are used as nucleation centers for growing nanocrystalline and microcrystalline coatings (films) by vapor deposition. That is, nucleation centers require a diamond structure. Diamonds with sizes exceeding the size of nanodiamonds, i.e. more than 30 nm, including micro diamonds with sizes of units, tens and hundreds of micrometers, can also be suitable for this purpose. However, the use of micro-diamonds alone will not allow to obtain a high-quality coating, since the distance between such particles will also be measured in micrometers, that is, large areas will not have nucleation centers. The combination of micro-diamonds and nanodiamonds will make it possible to place particles with a diamond structure over almost the entire area of the substrate (and sublayer). Obtaining a uniform distribution of larger particles is much easier than small. Therefore, the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles can be slightly less than in the case of using only nanodiamonds, that is, the minimum value can be 4%. Since the particle size of the second diamond component of the composite material is larger than the size of the nanodiamond particles, the total surface of the diamond particles is smaller at the same volume fraction as the nanodiamonds. Therefore, in this case, for binding, a smaller amount of the binder component of the composite material may be required and the total volume fraction of nanodiamond particles and diamond particles can be increased to 95%. The ratio of the volume fraction of diamond particles to nanodiamond particles cannot exceed 10, otherwise the surface of the sublayer between large diamond particles will not be filled with nanodiamond particles, which will lead to a decrease in the quality of the coating.
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 Before applying the diamond layer, the sublayer of the composite material is smoothed with a rotating tool when its axis of rotation deviates from the perpendicular to the work surface by 0-45 °. The application of the undercoat can be applied in various ways, but almost all such application methods lead to the appearance of surface roughness, which will negatively affect the quality
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.diamond coating. In addition, in the case of using large diamond particles, the spatial arrangement of these large diamond particles is chaotic, that is, large diamond particles are not rotated to the surface of the sublayer with the maximum possible area. Smoothing with a rotating tool will allow, firstly, to eliminate the increased roughness, and secondly, will allow you to rotate large diamond particles in such a way as to increase the area of the diamond component on the surface of the sublayer.
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.The rotation speed of a rotating tool can exceed 20 thousand revolutions per minute. It is known that with increasing rotation speed the physics of contact changes. In this case, the surface has a lower roughness and the rotation of large diamond particles is facilitated. It has been experimentally shown that such an effect is observed at rotational speeds of more than 20 thousand revolutions per minute.
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.The sublayer can be smoothed out in a vacuum. The use of vacuum for smoothing eliminates the possible oxidation of the surface, which improves the quality of the coating, as it eliminates the appearance of oxides on the diamond surface. The roughness is also reduced.
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.Before applying the diamond coating, the sublayer can be treated with an ion or electron beam. Processing by ion or electron beam allows you to clean the diamond surface from contaminants, including oxides and metals, and also passivates the metal surface from oxidation and corrosion, which improves the quality of the applied diamond coating. In this case, nanodiamonds and diamond particles, which were very close to the surface of the sublayer prior to treatment with an ion or electron beam, will appear on the surface after processing, so the area of the sublayer with a diamond structure will increase.
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.For the manufacture of composite material for the sublayer, at least one metal component from a series is used: copper, aluminum, nickel, cobalt, gold, silver, platinum, tantalum, yttrium, zinc, tin, lead. Good results are shown by the use of composite materials with a metal matrix for the substrate. Basically, for these purposes, it is proposed to use metals that do not form carbides upon contact of the matrix with hardening particles (nanodiamonds). However, it is possible to use metals that form carbides, but special conditions are required for their formation. For example, aluminum may be used. Despite the possible formation of carbides, composite materials with carbon components are widely known, including with diamond hardening particles. And this material is stable under normal conditions, diamond particles do not degrade.
Хорошие показатели достигаются и при применении меди, никеля, кобальта, золота, серебра, платины, тантала, иттрия, цинка, олова, свинца.Good performance is also achieved with copper, nickel, cobalt, gold, silver, platinum, tantalum, yttrium, zinc, tin, and lead.
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.The composite material for the sublayer can be made by mechanical alloying. The application of the mechanical alloying method to obtain a composite material will make it possible to crush agglomerates of nanodiamonds (in the initial state, nanodiamond particles are agglomerated, the sizes of agglomerates can reach hundreds of micrometers), which will allow uniform distribution of nanodiamonds in the matrix, thereby increasing diamond particles on the surface of the sublayer.
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.The sublayer can be produced by gas dynamic spraying. The undercoat should be applied in a way that does not degrade the diamond structure of the reinforcing particles, while a high level of adhesion of the granules of the composite material to each other and to the base is necessary. This method can be gas dynamic spraying.
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.The sublayer can be produced by friction cladding. The undercoat should be applied in a way that does not degrade the diamond structure of the reinforcing particles, while a high level of adhesion of the granules of the composite material to each other and to the base is necessary. This method may be friction cladding. In this case, friction cladding levels the surface (applying the sublayer is carried out with metal brushes), which simplifies the alignment operation with a rotating tool.
Пример 1Example 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.The diamond coating made by gas phase deposition directly contained the diamond layer itself with a thickness of 5 μm and a sublayer of composite material "copper + nanodiamonds" with a thickness of 20 μm. The size of nanodiamonds in the bulk was 5-6 nm. The content of nanodiamonds in the composite material is 35% (volume). The composite material was obtained by mechanical alloying and applied to the base by friction cladding. The diamond layer completely covered the sublayer.
Пример 2Example 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 The diamond coating produced by gas vapor deposition directly contained the 10 μm thick diamond layer itself and a 30 μm thick sublayer of composite material “aluminum + nanodiamonds + microdiamonds”. The size of nanodiamonds in the bulk was 5-6 nm. The content of the total diamond component in the composite material is 60% (volumetric), while the composite contained 30% (volumetric) nanodiamonds and 30% (volumetric) microdiamonds
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.0.5 μm in size, the ratio between the volume fraction of nanodiamonds and the volume fraction of the second diamond component was 1. The composite material was obtained by mechanical alloying and applied to the substrate by gas-dynamic spraying. The diamond layer completely covered the sublayer.
Пример 3Example 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.The diamond coating produced by gas vapor deposition directly contained the diamond layer itself with a thickness of 5 μm and a sublayer of composite material "nickel + nanodiamonds + microdiamonds" with a thickness of 10 μm. The size of nanodiamonds in the bulk was 5-6 nm. The size of the micro diamond was 0.3-0.4 microns. The content of nanodiamonds in the composite material is 10% (volume). The content of micro diamonds is 25% (volumetric). There were 2.5 times more micro diamonds than nanodiamonds. The composite material was obtained by mechanical alloying and applied to the base by gas-dynamic spraying. The diamond layer completely covered the sublayer.
Пример 4Example 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.The diamond coating made by gas vapor deposition directly contained the 25 μm thick diamond layer itself and a sublayer of composite material “alumina-based ceramic + nanodiamonds + microdiamonds” 100 μm thick. The size of nanodiamonds in the bulk was 5-6 nm, the size of microdiamonds was 0.4-0.5 microns. The content of nanodiamonds in the composite material is 30% (volumetric), the content of microdiamonds is 30% (volumetric). The composite material was obtained by processing in a planetary mill (by mechanical alloying) and applied to the base by gas-dynamic spraying. The diamond coating completely covered the sublayer.
Пример 5Example 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. A method of obtaining a diamond coating was performed as follows. At first, the composite material “copper + nanodiamonds” was made by mechanical alloying. Composite material was obtained in the form of granules. The content of nanodiamonds was 40% (volume). The size of the main fraction of nanodiamond particles was 5–6 nm; particles of less than 5 nm (up to 2 nm) and more than 6 nm (up to 30 nm) were no more than 10%. Mechanical alloying was carried out for 7 hours of working time in a planetary mill using balls as a technological tool. During mechanical alloying, the cooling equipment was stopped for 5 minutes after every 10 minutes of operation. The granules obtained by mechanical alloying were compacted into bulk material in the form of cylinders with a diameter of 40 mm and a height of 50 mm. These composite material cylinders were used to apply a sublayer onto the base, which was a stainless steel plate, by friction cladding. After applying a sublayer containing nanodiamond particles, the diamond layer was deposited from the gas phase. The diamond layer completely covered the sublayer.
Пример 6Example 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.A method of obtaining a diamond coating was performed as follows. Initially, the composite material “nickel + nanodiamonds + microdiamonds” was produced by mechanical alloying. Composite material was obtained in the form of granules. The content of nanodiamonds was 15% (volumetric), the content of microdiamonds was 30% (volumetric). The size of the main fraction of nanodiamond particles was 5–6 nm; particles of less than 5 nm (up to 2 nm) and more than 6 nm (up to 30 nm) were no more than 10%. The size of the main fraction of micro diamonds was in the range of 0.5-0.7 microns. Mechanical alloying was carried out within 8 hours of working time in a planetary mill using balls as a technological tool. During mechanical alloying, the cooling equipment was stopped for 5 minutes after every 10 minutes of operation. The granules obtained by mechanical alloying were used to apply a sublayer by gas-dynamic spraying onto a base, which was a stainless steel plate. After applying a sublayer containing nanodiamond particles, the surface of the applied sublayer of composite material was smoothed with a rotating tool without deviating its axis of rotation from the perpendicular to the surface to be treated. After leveling the surface, the surface was treated with an ion beam for 20 min under vacuum. Then, the diamond layer was deposited from the gas phase on a substrate of composite material. The diamond layer completely covered the sublayer.
Пример 7Example 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 A method of obtaining a diamond coating was performed as follows. At first, the composite material “copper + nanodiamonds (first diamond component) + microdiamonds (second diamond component)” was produced by mechanical alloying. Composite material was obtained in the form of granules. The content of nanodiamonds was 20% (volumetric), the content of microdiamonds was 25% (volumetric). The size of the main fraction of nanodiamond particles was 5–6 nm; particles of less than 5 nm (up to 2 nm) and more than 6 nm (up to 30 nm) were no more than 10%. The size of the main fraction of micro diamonds was in the range of 0.7-1.0 μm. The maximum size of micro diamond
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 8particles was 1.5 μm. Mechanical alloying was carried out within 8 hours of working time in a planetary mill using balls as a technological tool. During mechanical alloying, the cooling equipment was stopped for 5 minutes after every 10 minutes of operation. The granules obtained by mechanical alloying were used to apply a sublayer by gas-dynamic spraying onto a base, which was a stainless steel plate. After applying a sublayer containing nanodiamond particles, the surface of the applied sublayer of composite material was smoothed with a rotating tool with a deviation of its axis of rotation from the perpendicular to the surface to be treated at 10 °. The rotation speed was 30 thousand revolutions per minute. After leveling the surface, the surface was treated with an electron beam for 20 min under vacuum. Then, the diamond layer was deposited from the gas phase on a substrate of composite material. The diamond layer completely covered the sublayer. Example 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.A method of obtaining a diamond coating was performed as follows. At first, the composite material “copper + nanodiamonds” was made by mechanical alloying. Composite material was obtained in the form of granules. The content of nanodiamonds was 40% (volume). The size of the main fraction of nanodiamond particles was 5–6 nm; particles of less than 5 nm (up to 2 nm) and more than 6 nm (up to 30 nm) were no more than 10%. Mechanical alloying was carried out for 7 hours of working time in a planetary mill using balls as a technological tool. During mechanical alloying, the cooling equipment was stopped for 5 minutes after every 10 minutes of operation. The granules obtained by mechanical alloying were compacted into bulk material in the form of cylinders with a diameter of 40 mm and a height of 50 mm. These cylinders made of composite material were used for applying by friction cladding a sublayer to the base, which was an L63 brass plate. After applying a sublayer containing a nanodiamond component, the diamond layer was deposited from the gas phase. The diamond layer completely covered the sublayer.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013140807/02A RU2544219C1 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Diamond coating and method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013140807/02A RU2544219C1 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Diamond coating and method for its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2544219C1 true RU2544219C1 (en) | 2015-03-10 |
| RU2013140807A RU2013140807A (en) | 2015-03-10 |
Family
ID=53279707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013140807/02A RU2544219C1 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Diamond coating and method for its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2544219C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017191370A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | Aalto University Foundation Sr. | Method for co-depositing detonation nanodiamonds and diamond-like carbon onto a substrate and composite films comprising detonation nanodiamonds and diamond-like carbon |
| RU2683323C1 (en) * | 2015-10-19 | 2019-03-28 | Хохай Юниверсити | Method of manufacturing composite powder material from aluminium oxide carbon nanotubes |
| RU2709688C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-12-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of producing functional coating based on aluminum-carbon nanofibres |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2191227C2 (en) * | 2000-10-05 | 2002-10-20 | Бернгард Лунг | Process for applying composition type gold-base coatings |
| US20100068503A1 (en) * | 2008-07-18 | 2010-03-18 | Neogi Suneeta S | Method for producing nanocrystalline diamond coatings on gemstones and other substrates |
| JP2012161873A (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Mitsubishi Materials Corp | Diamond-coated cutting tool |
-
2013
- 2013-09-05 RU RU2013140807/02A patent/RU2544219C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2191227C2 (en) * | 2000-10-05 | 2002-10-20 | Бернгард Лунг | Process for applying composition type gold-base coatings |
| US20100068503A1 (en) * | 2008-07-18 | 2010-03-18 | Neogi Suneeta S | Method for producing nanocrystalline diamond coatings on gemstones and other substrates |
| JP2012161873A (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Mitsubishi Materials Corp | Diamond-coated cutting tool |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Феоктистов Н.А. и др. Аэрозольное нанесение детонационных наноалмазов в качестве зародышей роста нанокристаллических алмазных пленок и изолированных частиц, Техническая физика, 2011, том 81, вып.5, с.132-138. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2683323C1 (en) * | 2015-10-19 | 2019-03-28 | Хохай Юниверсити | Method of manufacturing composite powder material from aluminium oxide carbon nanotubes |
| WO2017191370A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | Aalto University Foundation Sr. | Method for co-depositing detonation nanodiamonds and diamond-like carbon onto a substrate and composite films comprising detonation nanodiamonds and diamond-like carbon |
| RU2709688C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-12-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of producing functional coating based on aluminum-carbon nanofibres |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013140807A (en) | 2015-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Manninen et al. | Silver surface segregation in Ag-DLC nanocomposite coatings | |
| Pogrebnjak et al. | The effect of the deposition parameters of nitrides of high-entropy alloys (TiZrHfVNb) N on their structure, composition, mechanical and tribological properties | |
| Hatada et al. | Surface modification and corrosion properties of implanted and DLC coated stainless steel by plasma based ion implantation and deposition | |
| Mu et al. | Micro-pillar measurements of plasticity in confined Cu thin films | |
| RU2544219C1 (en) | Diamond coating and method for its production | |
| Dai et al. | Compositionally modulated multilayer diamond-like carbon coatings with AlTiSi multi-doping by reactive high power impulse magnetron sputtering | |
| Pobedinskas et al. | Nanodiamond seeding on plasma-treated tantalum thin films and the role of surface contamination | |
| Balasubramanian et al. | Nanocomposite Ti–Si–N coatings deposited by reactive dc magnetron sputtering for biomedical applications | |
| Ajenifuja et al. | Thickness dependent chemical and microstructural properties of DC reactive magnetron sputtered titanium nitride thin films on low carbon steel cross-section | |
| Ghadai et al. | Effect of nitrogen (N2) flow rate over the tribological, structural and mechanical properties diamond-like carbon (DLC) thin film | |
| Zhou et al. | Structure and mechanical properties of diamond-like carbon films with copper functional layer by cathode arc evaporation | |
| Liu et al. | TiN, TiN gradient and Ti/TiN multi-layer protective coatings on Uranium | |
| Gupta et al. | In situ nanocrystalline Fe–Si coating by mechanical alloying | |
| JP5057457B2 (en) | Magneto-optical material and manufacturing method thereof | |
| Ma et al. | Characteristics of DLC containing Ti and Zr films deposited by reactive magnetron sputtering | |
| JP5400332B2 (en) | How to get a hard surface on the nanoscale | |
| Vladimirov et al. | Nanocomposite films prepared by arc-plasma deposition of titanium and carbon | |
| Lee et al. | Electrically insulative performances of ceramic and clay films deposited via supersonic spraying | |
| US20150252466A1 (en) | High surface areas (hsa) coatings and methods for forming the same | |
| Landek et al. | Effect of steel substrate on the corrosion properties of a gradient multilayer TiN/TiCN coating deposited by the PACVD process | |
| Chou et al. | Fractal dimension and surface topography on the diamond deposition of seeded WC–Co substrates | |
| Shekhtman et al. | Influence of ion bombardment of a substrate on the quality of vacuum-plasma Ti-TiN coatings | |
| Jalali et al. | Characterization of nano-crystalline Ti–W–N thin films for diffusion barrier application: A structural, microstructural, morphological and mechanical study | |
| CN107815644A (en) | A kind of preparation method of matrix surface composite coating | |
| Zhou et al. | Tribo-pair dependence of friction and wear moisture sensitivity for aC: Si: Al carbon-based coating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180906 |