По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.791:537.533.35/537.533.73 DOI:10.33920/pro-2-2009-06

Изучение формирования нанокомпозиционных фторопластовых тонкостенных покрытий на металлических подложках различной природы с использованием атомно-силовой микроскопии

Макарова И. А. аспирант, Юго-Западный государственный университет, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19, е-mail: makarova.mia@yandex.ru
Филонович А. В. д-р техн. наук, профессор, Юго-Западный государственный университет, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19
Гадалов В. Н. д-р техн. наук, профессор, Юго-Западный государственный университет, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19, е-mail: GadalovVN@yandex.ru
Филатов Е.А. аспирант, Юго-Западный государственный университет, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19

Представлены результаты исследований формирования нанокомпозиционных фторопластовых тонкостенных покрытий на подложках: сталь 45; медь и Al, сформированных при различных режимах с применением метода атомно-силовой микроскопии. Изучены морфологические особенности нанофазных тонкослойных фторопластовых покрытий с дисперсными наночастицами. Предложена модель формирования нанофазных композиционных систем.

Литература:

1. Штаньский, Д.В. Возможности просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения для изучения наноматериалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2004. — Т. 70, №10. — С. 31–38.

2. Руководство по эксплуатации атомно - силового микроскопа NT-206. — Гомель. Гродно: ОДО «Микротестмашины», 2005. — 65 с.

3. Афанасьева, А.В. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы / А. В. Афанасьева, В. В. Лучинина, Ю. М. Таирова // Москва: Физматгиз, 2006. — 551 с.

4. Синдо, Д. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия / Д. Синдо, Т. Оикава. — М.: Техносфера. 2006. — 249 с.

5. Олянич, Д. А. Исследование методом сканирующей туннельной микроскопии роста наноостровков Сu на поверхности Si (100) — C (4×12) — Al / Д.А. Олянич, Д.Н. Чубенко, Д.В. Грузнев [и др.] // Письма в ЖТФ. — 2007. — Т. 33, С. 31–32.

6. Конов, В.И. Разработка сверхвысоковакуумного низкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа / В.И. Конов, К.Н. Ельцов // №02.435.11.2008. Российские нанотехнологии. — 2007. — Т. 2, №7–8. — С. 54–55.

7. Шелохвостов, В.П. Методические особенности электронно-микроскопических исследований структур нанометрового диапазона / В.П. Шелохвостов, Д. В. Образцов, Р. В. Шелохвостов, В. В. Остриков // Технология металлов. — 2008. №1. — С. 32–34.

8. Ткаль, В.А. Вейвлет-обработка изображений нанокомпозитов, полученных сканирующим туннельным и электронным микроскопами / В.А. Ткаль [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2009. — №6. — С. 37–39.

9. Попов, В.А. Исследование структуры нанокомпозиционных материалов и покрытий, из них нанесенных методом фрикционного легирования / В.А. Попов, В.А. Зайцев, Л.С. Белявский [и др.] // Материаловедение. — 2010. — №4. — С. 52–55.

10. Имамов, Р.М. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения для решения задач кристаллографии и наноматериалов / Р. М. Имамов, В. В. Клечковская, Е.И. Суворова // Кристаллография. — 2011. — Т. 56, №4, — С. 698–710.

11. Шелестовская, С.А. Формирование упорядоченных наноструктур на поверхностях кремниевых зондов для атомно-силовой микроскопии комбинированным термовакуумным методом / С.А. Шелестовская, М.А. Бондаренко, А. В. Котляр [и др.] // Методологические аспекты сканирующей зондовой микроскопии: cборник докладов IX Межд. конференции. — Минск, 2013. — С. 162–168.

12. Овчинников, Е. В. Применение атомно-силовой микроскопии для исследования морфологических особенностей нанофазных тонкослойных покрытий // Материалы и упрочняющие технологии. — Курск: ЮЗГУ, 2014. — С. 206–219.

13. Миронов, В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. — М.: Техносфера, 2014. — 144 с.

14. Авдейчик, С. В. Трибохимические технологиии функциональных композиционных материалов. Ч. 1. Модельные представления / С. В. Авдейчик, В. И. Кравченко, Ф. Г. Ловшенко [и др.]. — Гродно: ГГАУ, 2007. — 318 с.

15. Кравченко, В. И. Промышленность региона: проблемы и перспективы инновационного развития / В. И. Кравченко, А. А. Дудук, В. А. Струк [и др.]. — Гродно: ГГАУ, 2008. — 418 с.

16. Жарков, С. М. Методы современной просвечивающей электронной микроскопии в исследовании материалов // Сибирский федеральный университет (Красноярск). — 2009. — №2 — С. 294–306.

17. Gibson, G. A. / G. A. Gibson, S. Schultz // J. Appl. Phys. 1993. T. 73. №9. — PP. 2011–2014.

18. Dahlberg, E. D. / E.D. Dahlberg, J.G. Zhu // J. Phys. Today. 1995. T. 4. №34. — PP. 88–91.

19. Овчинников, Е.В. О механизме формирования фторсодержащих ингибиторов изнашивания на металлических подложках / Е.В. Овчинников, В.А. Струк, В.А. Лиопо [и др.] // Композиционные материалы в промышленности. Трубопроводы из полимерных композиционных материалов: изготовление, проектирование, строительство, эксплуатация. — Киев: УИЦ «Наука. Техника. Технология», 2009. — С. 442–450.

20. Специальные полимерные материалы и покрытия. ГОСТВ16471-85; ГОСТВ51035–97. Эл. ресурс. URL: www.hikimtotomstroy.ru (дата обращения: 20.07.2020).

21. Паншин, Ю.П. Фторопласты / Ю.П. Паншин, К.Ц. Дунаевский [и др.] // Химия. — 1999. — 196 с.

22. Авдейчик, С. В. Полимер-силикатные машиностроительные материалы: физико-химия, технология, применение / С.В. Авдейчик, В.А. Лиопо, В. Я. Прушак, В.А. Струк. — Минск: Технология, 2006. — 427 с.

23. Лиопо, В. А. Особенности строения полимерных композитов, модифицированных углеродными добавками / В.А. Лиопо, В.А. Струк, Е. В. Овчинников [и др.] // Вестник Гродненского госуд. ун-та: серия 2. — 2000. — №1. — С. 47–53.

24. Долматов, В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза. Получение, свойства, применение.— СПб: Изд-во СПвГПУ, 2003. — 344 с.

25. Лиопо, В.А. Тонкие пленки воды: особенности структуры и диэлектрических характеристик / В.А. Лиопо, С. В. Авдейчик, Л. В. Михайлов [и др.] // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях. — Киев: УИЦ «Наука. Техника. Технология», 2009. — С. 38–42.

26. Гадалов, В. Н. Исследование механических свойств защитных покрытий методом царапания / В. Н. Гадалов, Ю. В. Болдырев, Ю. Г. Алехин [и др.] // Конструирование, использование и надежность машин: сб. научн. работ. — Брянск: Изд-во Брянск, гос. сельск. хоз. академии, 2004. — С. 125–127.

27. Гадалов, В. Н. Композиционные порошковые покрытия специального назначения / В. Н. Гадалов, Е. А. Филатов, И. А. Макарова [и др.] // Главный механик. — 2020. — № 7 (203). — С.32–36.

Новые методы атомно-силовой микроскопии давно применяют для исследования структуры, морфологии, физико-механических показателей различного типа покрытий, формируемых из разных фаз (газовой, жидкой или твердой) [1–3]. Сущность метода в том, что атомно-силовой микроскоп детектирует положение зонда в каждой новой точке измерений. Во время нахождения острия зонда у поверхности исследуемого образца (на расстоянии несколько нанометров) консоль с зондом изгибается под действием молекулярных сил (притяжение или отталкивание), которые возникают между острием зонда и поверхностью исследуемого образца. При фиксации изменений положения кантилевера зонда в пространстве чаще всего использует специальную систему. Это схема состоит из позиционно-чувствительного фотодектора, лазера, видеокамеры, механизма регулировки лазера, механизма перемещения образца в плоскости съемки. Схема сканирования и детектирования положения зонда атомно-силового микроскопа NT-206 показана на рис. 1.

Рассмотрим подробнее работу микроскопа.

Испускаемый луч света из оптического квантового генератора (ОКГ) с помощью системы зеркал попадает на обратную сторону кантилевера, отражается и поступает на фотодетектор. В результате изменения положения зонда (изгиба кантилевера) происходит перемещение отраженного светового пятна по фотодетектору. Данное изменение положения светового пятна при исследовании определяют при помощи соответствующего стандартного электронного оборудования [4]. Множество современных атомно-силовых микроскопов дают возможность проводить многослойное сканирование. А специализированная методика автоматизированного получения набора АСМ позволяет получать изображения для одной и той же области на поверхности образца при самых разных параметрах спектроскопического измерения в различных точках в области измеряемого участка (set-point). Сканирование, которое получено при одном значении измеряемого параметра в указанном режиме set-point, рассматривают как один слой. Варьирование параметра set-point при переходе от одного сканирования к другому помогает вычислить контактную силу, с которой острие зонда прибора контактирует с исследуемой поверхностью. Используя заданную математическую обработку полученных результатов, данный метод рекомендуют применять как своего рода томографию поверхностных слоев различных веществ.

Для Цитирования:
Макарова И. А., Филонович А. В., Гадалов В. Н., Филатов Е.А., Изучение формирования нанокомпозиционных фторопластовых тонкостенных покрытий на металлических подложках различной природы с использованием атомно-силовой микроскопии. Главный механик. 2020;9.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: