|
DOI: 10.14489/td.2024.02.pp.030-038
Мокрицкий Б. Я., Скрипилев А. А.
ДИАГНОСТИКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
(c. 30-38)
Аннотация. Компьютерное моделирование позволяет на атомарном уровне прогнозировать адгезионные свойства различных материалов и монослоев в материале. В результате такого подхода возможна диагностика эксплуатационных свойств инструментального материала по расчетным значениям энергии адгезии слоев в покрытии инструмента. Рассмотрены вопросы исследования адгезионных свойств монослоев, последовательно осаждаемых на твердый сплав ВК8. Исследованы адгезионные свойства слоев Ti, TiN и (Ti, Cr, Al)N между собой и с твердым сплавом WC92–Co8. Изучена зависимость энергии адгезии титана к поверхностям WC и Co в зависимости от толщины (от одного до трех атомных слоев) нанесенного слоя титана. Для четырех вариантов структуры соединения (Ti, Cr, Al)N вычислена энергия адгезии этого соединения к поверхности TiN. Разработан подход к прогнозированию рациональных покрытий. Он состоит в расчете (контроле) энергии адгезии и использовании величины энергии адгезии для диагностирования рационального варианта покрытия для инструментального твердого сплава ВК8
Ключевые слова: атомарно-силовой подход к прогнозированию инструментального материала, энергия адгезии слоев.
Mokritskii B. Ya., Skripilev A. A.
DIAGNOSTICS OF INSTRUMENTAL MATERIALS BASED ON THE RESULTS OF MODELING OF COATINGS OF INSTRUMENTAL MATERIAL
(pp. 30-38)
Abstract. Computer modeling makes it possible to predict the adhesion properties of various materials and monolayers in the material at the atomic level. As a result of this approach, it is possible to diagnose the operational properties of the tool material according to the calculated values of the adhesion energy of the layers in the tool coating. The issues of studying the adhesive properties of monolayers successively deposited on a hard alloy VK8 are considered. The adhesive properties of Ti, TiN and (Ti, Cr, Al)N layers with each other and with WC92-Co8 hard alloy are investigated. The dependence of the adhesion energy of titanium to WC and Co surfaces depending on the thickness (from one to three atomic layers) of the deposited titanium layer has been studied. For four variants of the compound structure (Ti, Cr, Al)N the adhesion energy of this compound to the TiN surface is calculated. An approach to predicting rational coatings has been developed. It consists in the calculation (control) of the adhesion energy and the use of the adhesion energy value to diagnose a rational coating option for an instrumental hard alloy VK8.
Keywords: atomic-force approach to the prediction of instrumental material, the adhesion energy of layers.
Б. Я. Мокрицкий, А. А. Скрипилев (Комсомольский-на-Амуре государственный университет, Комсомольск-на-Амуре, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
B. Ya. Mokritskii, A. A. Skripilev (Komsomol-on-Amur state University, Komsomol-on-Amur, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Wang Y. A., Carter E. A. Orbital-Free Kinetic-Energy Density Functional Theory // Theoretical Methods in Condensed Phase Chemistry / ed. S. D. Schwartz: Chapter 5. Dordrecht: Kluwer, 2000. P. 117–184 p. (Progress in Theoretical Chemistry and Physics).
2. Huajie Chen, Aihui Zhou. Orbital-Free Density Functional Theory for Molecular Structure Calculations // Numerical Mathematics: Theory, Methods Applications, 2008. No. 1. P. 1–28.
3. Baojing Zhou, Ligneres V. L., Carter E. A. Improving the Orbital-Free Density Functional Theory Description of Covalent Materials // Journal Chemical Physics. 2005. V. 122, No. 4. P. 044103–044113.
4. Hohenbeg H., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas // Physical Review. 1964. V. 136. P. B864–B871.
5. Заводинский В. Г., Горкуша О. А. Квантово-механическое моделирование без волновых функций // ФТТ. 2014. Т. 56, вып. 11. С. 2253–2258. Zavodinsky V. G., Gorkusha O. A. A Practical Way to Develop the Orbital-Free Density Functional Calculations // Physical Science International Journal. 2014. V. 4, No. 6. P. 880–891.
6. Заводинский В. Г., Горкуша О. А. На пути к моделированию больших наносистем на атомном уровне // Computational Nanotechnology. 2014. No. 1. P. 11–16.
7. Zavodinsky V. G., Gorkusha О. А. A new Orbital-Free Approach for Density Functional Modeling of Large Molecules and Nanoparticles // Modeling and Numerical Simulation of Material Science. 2015. No. 5. P. 39–47.
8. Christensen M., Dudiy S., Wahnstrőm G. First-Principles Simulations of Metal-Ceramic Interface Adhesion: Co/WC Versus Co/TiC // Phys. Rev. B. 2002. V. 65, No 4. P. 045408-045415.
9. Zavodinsky V. G. Small Tungsten Carbide Nanoparticles: Simulation of Structure, Energetic, and Tensile Strength // Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2010. V. 28. P. 446–450.
10. Christensen M., Wahnstrőm G. Co-Phase Penetration of C(101¯0)/WC(101¯0) Grain Boundaries from First Principles // Phys. Rev. B. 2003. V. 67. P. 115415–115425.
11. Christensen M., Wahnstrőm G. Effects of Cobalt Intergranular Segregation on Interface Energetics in WC–Co // Acta Mater. 2004. V. 52. P. 2199–2207.
12. Östberg G., Buss K., Christensen M., et al. Effect of TaC on Plastic Deformation of WC–Co and Ti (C, N)–WC–Co // Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2006. V. 24, No. 1–2. P. 145–154.
13. Östberg G., Farooq M. U., Christensen M., et al. Effect of Σ 2 Grain Boundaries on Plastic Deformation of WC–Co Cemented Carbides // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 416. P. 119–125.
14. Мокрицкий Б. Я., Заводинский В. Г., Гаркуша О. А. Исследование адгезионных слоев Ti и TiN (Ti, Cr, Al)N, последовательно осаждаемых на поверхность твердого сплава WC92–Co8 // Computatiional Nanjtechnology. 2023. T. 10, № 2. С. 53–59. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-2-53-59
15. Hohenberg H., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas // Phys. Rev. B. 1964. V. 136. P. 864–871.
16. Kohn W., Sham J. L. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects // Phys. Rev. A. 1965. V. 140. P. 1133–1138.
17. Perdew J. P., Wang Y. Accurate and Simple Density Functional for the Electronic Exchange Energy: Generalized Gradient Approximation // Phys. Rev. B. 1986. V. 33, No 12. P. 8800–8802.
18. Cohen M. L., Heine V. Effect of Dislocations on Electrical and Optical Properties in GaAs and GaN // Solid State Physics. V. 24 / eds. H. Ehrenreich, F. Seitz, D. Turnbull. New York: Academic Press, 1970. P. 38–249.
19. Fuchs M., Scheffler M. Ab Initio Pseoudopotentials for Electronic Structure Calculations of Poly-Atomic Systems Using Density-Functional Theory // Comp. Phys. Commun. 1999. V. 119. P. 67–98.
20. Zavodinsky V. G. Small Tungsten Carbide Nanoparticles: Simulation of Structure, Energetics, and Tensile Strength // Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2010. V. 28. P. 446–450.
21. Zavodinsky V. G. Ab Initio Study of the fcc-WC(100) Surface and its Interaction with Cobalt Monolayers // Apll. Surf. Sci. 2011. V. 257. P. 3581–3585.
22. Zavodinsky V. G. Cobalt Layers Crystallized on the WC(100) Surface: Spin-Polarized ab Initio Study // Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2011. V. 29. P. 184–187.
23. Zavodinsky V. G. Development of an Orbital-Free Approach for Simulation of Multi-Atomic Nanosystems with Covalent Bonds // Int. J. Nanomech. Sci. Technol. 2010. V. 1, No. 4. P. 1–8.
24. Zavodinsky V. G. Ab Intio Study of Inhibitors Influence on Growth of WC Crystallites in WC/Co Hard Alloys // Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2012. V. 31. P. 263–265.
25. Fang Z., Maheshwari P., Wang X., et al. An Experimental Study of the Sintering of Nanocrystalline WC–Co Powders // Int. J. Refract. Met. Hard. Mater 2005. V. 23. P. 249–57.
26. Григорьев С. Н., Табаков В. П., Волосова М. А. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента. Старый Оскол: ТНТ, 2011. 380 с.
27. Григорьев С. Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учеб. для вузов. М.: Машиностроение, 2011. 368 с.
1. Schwartz S. D. (Ed.), Wang Y. A., Carter E. A. (2000). Orbital-Free Kinetic-Energy Density Functional Theory. Theoretical Methods in Condensed Phase Chemistry. Chapter 5, 117 – 184. Dordrecht: Kluwer. (Progress in Theoretical Chemistry and Physics).
2. Huajie Chen, Aihui Zhou. (2008). Orbital-free Density Functional Theory for Molecular Structure Calculations. Numerical Mathematics: Theory, Methods Applications, (1), 1 – 28.
3. Baojing Zhou, Ligneres V. L., Carter E. A. (2005). Improving the Orbital-Free Density Functional Theory Description of Covalent Materials. Journal Chemical Physics, 122(4), 044103 – 044113.
4. Hohenbeg H., Kohn W. (1964). Inhomogeneous Electron Gas. Physical Review, 136, B864 – B871.
5. Zavodinsky V. G., Gorkusha O. A. (2014). Quantum mechanical simulation without wave functions. Fizika Tverdogo Tela, 56(11), 2253 – 2258. [in Russian language]
6. Zavodinsky V. G., Gorkusha O. A. (2014). Towards modeling large nanosystems at the atomic level. Computational Nanotechnology, (1), 11 – 16. [in Russian language]
7. Zavodinsky V. G., Gorkusha О. А. (2015). A new Orbital-Free Approach for Density Functional Modeling of Large Molecules and Nanoparticles. Modeling and Numerical Simulation of Material Science, (5), 39 – 47.
8. Christensen M., Dudiy S., Wahnstrőm G. (2002). First-principles simulations of metal-ceramic interface adhesion: Co/WC versus Co/TiC. Physical Review B, 65(4), 045408 – 045415.
9. Zavodinsky V. G. (2010). Small Tungsten Carbide Nanoparticles: Simulation of Structure, Energetic, and Tensile Strength. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 28, 446 – 450.
10. Christensen M., Wahnstrőm G. (2003). Co-Phase Penetration of C(101¯0)/WC(101¯0) Grain Boundaries from First Principles. Physical Review B, 67, 115415 – 115425.
11. Christensen M., Wahnstrőm G. (2004). Effects of Cobalt Intergranular Segregation on Interface Energetics in WC–Co. Acta Materialia, 52, 2199 – 2207.
12. Östberg G., Buss K., Christensen M. et al. (2006). Effect of TaC on Plastic Deformation of WC–Co and Ti (C, N)–WC–Co. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 24(1–2), 145 – 154.
13. Östberg G., Farooq M. U., Christensen M. et al. (2006). Effect of Σ 2 Grain Boundaries on Plastic Deformation of WC–Co Cemented Carbides. Materials Science and Engineering A, 416, 119 – 125.
14. Mokritskiy B. Ya., Zavodinskiy V. G., Garkusha O. A. (2023). Study of adhesion layers of Ti and TiN (Ti, Cr, Al)N, sequentially deposited on the surface of the WC92–Co8 hard alloy. Computatiional Nanjtechnology, 10(2), 53 – 59. [in Russian language] DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-2-53-59
15. Hohenberg H., Kohn W. (1964). Inhomogeneous Electron Gas. Physical Review B, 136, 864 – 871.
16. Kohn W., Sham J. L. (1965). Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects. Physical Review A, 140, 1133 – 1138.
17. Perdew J. P., Wang Y. (1986). Accurate and Simple Density Functional for the Electronic Exchange Energy: Generalized Gradient Approximation. Physical Review B, 33(12), 8800 – 8802.
18. Ehrenreich H., Seitz F., Turnbull D. (Eds.), Cohen M. L., Heine V. (1970). Effect of Dislocations on Electrical and Optical Properties in GaAs and GaN. Solid State Physics, 24, 38 – 249. New York: Academic Press.
19. Fuchs M., Scheffler M. (1999). Ab Initio Pseoudopotentials for Electronic Structure Calculations of Poly-Atomic Systems Using Density-Functional Theory. Computer Physics Communications, 119, 67 – 98.
20. Zavodinsky V. G. (2011). Small Tungsten Carbide Nanoparticles: Simulation of Structure, Energetics, and Tensile Strength. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 28, 446 – 450.
21. Zavodinsky V. G. (2011). Ab Initio Study of the fcc-WC(100) Surface and its Interaction with Cobalt Monolayers. Applied Surface Science, 257, 3581 – 3585.
22. Zavodinsky V. G. (2011). Cobalt Layers Crystallized on the WC(100) Surface: Spin-Polarized ab Initio Study. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 29, 184 – 187.
23. Zavodinsky V. G. (2010). Development of an Orbital-Free Approach for Simulation of Multi-Atomic Nanosystems with Covalent Bonds. International Journal of Nanomechanics Science and Technology, 1(4), 1 – 8.
24. Zavodinsky V. G. (2012). Ab Intio Study of Inhibitors Influence on Growth of WC Crystallites in WC/Co Hard Alloys. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 31, 263 – 265.
25. Fang Z., Maheshwari P., Wang X. et al. (2005). An Experimental Study of the Sintering of Nanocrystalline WC–Co Powders. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 23, 249 – 57.
26. Grigor'ev S. N., Tabakov V. P., Volosova M. A. (2011). Technological methods for increasing the wear resistance of cutting tool contact pads. Stariy Oskol: TNT. [in Russian language]
27. Grigor'ev S. N. (2011). Methods for increasing the durability of cutting tools: textbook for universities. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2024.02.pp.030-038
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2024.02.pp.030-038
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»