Диссертация (Воздействие высокотемпературной импульсной плазмы на физико-механические свойства композиционных структур), страница 8

Такой псевдорежим ионной очистки может существенноухудшать адгезионные свойства покрытия и приводить к ограничениям внаращивании покрытий» [28].«Учетобнаруженногоэффектаснижениявеличиныинверсииивозникновение режима псевдоочистки при обработке поверхностей ионамиметаллов является важнейшей предпосылкой для эффективного проведенияионного травления поверхности перед нанесением покрытия» [28].46Вакуумная ионно-плазменная технология за счет управления энергиейчастиц, возможности управления плотностями их потоков и подачи большогочисла разнообразных компонент обладает уникальными возможностями вполучении принципиально новых материалов и структур.

Её недостатки:присутствие микрокапельной фазы и возникновение микродуговых привязок,для устранения которых ставятся защитные системы от повышенногонапряжения на источниках опорного напряжения на образце.Выбор материала для покрытия зависит от назначения покрытия, отусловий эксплуатации детали, материала детали, ее геометрии, свойствповерхности и осуществляется на основе данных об использовании покрытия(триботехника, защита от коррозии, тепловая защита и т. д.). «Выбор материалапокрытий и самой конструкции покрытия определяет только потенциальнодостижимые свойства, выбор же метода нанесения определяет, насколько этипотенциальные свойства могут быть реализованы» [28].«Комплекс оборудования для получения вакуумных ионно-плазменныхпокрытий является сложной технологической обрабатывающей системой,которая с помощью своих управляющих (регулируемых и нерегулируемых) ивозмущающих параметров преобразует входные свойства детали в выходныесвойства детали с покрытием.

В связи с этим представляется целесообразнымвыделитьтехнологическиепараметрыобрабатывающейсистемы,определяемые ее конструкцией, свойствами используемых материалов иорганами управления, и физические параметры процесса, определяющиеколичественные характеристики протекающих физических и химическихпроцессов» [28].К технологическим параметрам обрабатывающей системы относятся [28]:А.

Управляющие регулируемые параметры:1. Ток дуги испарителя;2. Токи магнитных соленоидов;3. Напряжение смещения на детали;474. Давление инертных или реакционных газов;5. Время проведения процесса.Б. Управляющие нерегулируемые параметры:1. Параметры конструкции генератора плазмы.2. Параметры геометрии детали и катода.3. Параметры геометрии технологической оснастки, на которой крепятсядетали и другие внутрикамерные приспособления.4. Параметры откачивающей вакуумной системы.5. Параметры системы ввода инертных и реакционных газов.6.

Параметры электрооборудования, не учтенные в п. А.В. Возмущающие технологические параметры:1. Состав катода и технология его изготовления.2. Состав инертных и реакционных газов с точки зрения наличиянеконтролируемой примеси и влаги.3. Остаточный состав вакуумной камеры после откачки (наличие притокамасла из откачивающих средств, наличие влаги, адсорбированной навнутрикамерной оснастке, и т. д.).4. Наличие загрязняющих и адсорбированных газов на поверхностидетали и внутри объема детали.5.Изменениеусловийохлаждениястеноккамеры,катодаидиффузионного насоса из-за колебания давлений воды.6. Пульсации электрических параметров электрооборудования, в томчисле из-за возникновения обратных связей через плазменный поток.7.

Изменения внешних условий в помещении, где размещено вакуумноеоборудование (изменение влажности, температуры и запыленности приразмещении деталей внутри вакуумного объема).К физическим параметрам напыления относятся [28]:А. Регулируемые физические параметры:1. Плотность потока ионов металла и их кинетическая энергия.2. Плотность потока паровой компоненты металла и их энергия.483.

Плотность потока микрокапельной фазы металла.4. Плотность потока ионов газа и их энергия.5. Плотность потока атомов и молекул газа.6. Потенциал детали.7. Время напыления.Б. Нерегулируемые физические параметры:1. Энергетические и физические параметры ионов, атомов и молекул,осаждающихся на поверхность (энергии ионизации, энергии связи, массы,электронный состав и т. д.).2.

Энергетические и физические параметры материала деталей (энергиисвязей, поверхностной и объемной диффузии, вид кристаллической решетки,межатомные расстояния, энергии распыления и смещения, массы атомов иэлектронный состав, теплоемкость, теплопроводность, электропроводность,параметры электронных состояний и зон и т. д.).3. Геометрические и микрогеометрические параметры поверхности(параметры шероховатости).4. Условия закрепления деталей в приспособлениях, обеспечивающиеэлектрические и теплофизические параметры детали в целом.«Цель технологических исследований заключается в том, чтобы выявитьусловия стабильности получения заданных свойств с помощью минимальновозможного набора технологических параметров, обеспечивая при этом всерийной технологии возможность поддержания остальных параметров натаком уровне, чтобы они не влияли на качество покрытия.

В связи с большимнабором факторов, влияющих на свойства покрытий, необходима жесткаярегламентация и однотипное выполнение всех вспомогательных операций,приемов и переходов при выполнении всей технологической цепочки» [28].«По сравнению с финишными механическими процессами обработкиповерхностивозможностьобработкаплазменнымивозникновенияпотокаминеконтролируемыхввакуумеснижаетмикроповрежденийповерхности, является более однородной по интенсивности воздействия как во49времени, так и по площади поверхности, избирательна по залечиваниюмикроповреждений и уменьшению микрогеометрических неоднородностей,превышающих средние значения, исключает субъективное воздействие ручноготруда на разных участках обрабатываемой поверхности» [28].Основные свойства и некоторые области применения вакуумных ионноплазменных покрытий [28]: ионно-плазменнаявакуумнаятехнологиянанесенияспециальныхмногослойных покрытий на деталях из титановых и алюминиевыхсплавов и сталей, работающих в условиях сухого контактного трения, втом числе в открытом космическом пространстве, внедрена на деталях 32наименований различных космических аппаратов и позволила повыситьнадежность срабатывания исполнительных механизмов, снизить их массуи увеличить полезную нагрузку аппаратов [47]; применение ионно-плазменной технологии нанесения многослойногорадиоотражающегопокрытиядляантеннизуглеродногокомпозиционного материала КМУ-4Л космических аппаратов впервыеобеспечило коэффициент отражения электромагнитных волн не менее0,96 в сантиметровом и миллиметровом диапазонах при высокойстабильностипараметровотражениявоткрытомкосмическомпространстве (см., например, [48]); ионно-плазменная вакуумная технология получения металлизирующегоэлектропроводного покрытия на деталях из полиамида и другихполимеров позволила заменить большое количество металлическихдеталей с целью увеличения полезной нагрузки космических аппаратов.Причем такое покрытие на полиамиде позволяет проводить по немукислотную и бескислотную пайку.«Опытполученияионно-плазменныхпокрытийнаполимерныхматериалах показал, что такие покрытия с высоким качеством могут бытьполучены на практически всех известных полимерах (полиамидах, полиимидах,пресс-материалах, полимерных на основе лавсана и т.

д.) [49, 50]» [28].50«Достаточнобольшойпрактическийинтересмогутпредставитьспециальные покрытия на резьбовых соединениях, эксплуатируемых привысоких температурах и подлежащих периодической разборке» [28].«Особаяпроблемавозникаетприполученииуглеродныхкомпозиционных материалов на полимерных связующих. В этом случаепредварительная металлизация углеродных волокон существенно улучшаетпроклеиваемость волокон и резко повышает многие механические свойстваконструкций из этих материалов» [28].Достаточноинтенсивноразвиваетсяионно-плазменнаятехнологияполучения алмазоподобных покрытий, которая имеет большие перспективы дляразличных технических отраслей [51], см.

Таблицу 4 [28].Таблица 4.Различные покрытия и области их примененияМарка, состав покрытияХром, никель, медьНазначение покрытия и области его примененияПрименяются для замены тех же покрытий,наносимыхгальваническимиихимическимиметодами.А-99Алюминиевые покрытия, наносимые вакуумнымплазменным методом для защиты от коррозии, втом числе пружин, и для экранирования корпусовприборовидвигателей,изготовленныхизполимерных материалов.Нитрид (карбид) титана, Износостойкие покрытия для обрабатывающегонитридхрома,нитрид инструмента при обработке сталей, сплавов ициркония, нитрид (карбид) полимеров.титана-хрома,нитрид(карбид) циркония-хрома,нитрид (карбид) титанациркония51Таблица 4.

(Продолжение)Нитридтитана,нитрид Износостойкое покрытие для узлов трения деталейтитана – нитрид хрома- машин, в том числе изготовленных из титановыхтитана,хром,нитрид сплавов и работающих без смазок в условияхтитана – нитрид титана- вакуума.молибдена, молибденХром, нитрид титанаАнтиадгезионныепокрытия,предохраняющиедетали от схватывания, в том числе в расплавахприпоев.Титан–никель–алюминийПокрытиенаизделияхизполимерныхкомпозиционных материалов радиотехническогоназначения с высоким коэффициентом отражения.Медь – оловоПокрытиеприборовнадеталяхикорпусовштепсельныхдвигателей,разъемов,изготовленных из полимерных материалов иподвергаемых бескислотной пайке при сборке.Алмазоподобный углеродУплотнениепиролитическогографита.Износостойкое покрытие деталей пар трения.ТитанПокрытиенауглеродныхпредназначенныхдлясозданиякомпозиционныхматериаловсволокнах,углеродныхполимернойсвязующей.Нитридтитанакарбонитридтитана– Покрытиедлявнутреннихповерхностей– гидромониторных насадок буровых долот.карбид титанаНикель – хром – кобальт Термобарьерное покрытие для деталей горячегоалюминий – иттрий, окись тракта газотурбинного двигателя (ГТД), в томциркония – окись иттриячисле для турбинных лопаток первой ступени.52«Большим достоинством ионно-плазменного распыления является егоуниверсальность.

С одинаковым успехом могут быть распылены металлы сразличными свойствами, например вольфрам и золото. Такие сплавы, какнихром, пермаллой и нержавеющая сталь, распыляются без изменения составараспыленного материала. Сложные (сплавные) пленки, состоящие из двух илинескольких металлов, могут изготовляться также одновременным распылениемнескольких независимых мишеней.