К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 75
Текст из файла (страница 75)
2.6.а. Наиксеннк нзносостойянх н антиегнкционных покгытий в кьяууьгк Требования к поверхностным и объемным свойствам деталей машин и инструментов различны, и в ргше случаев даже антагонистичны. Обьемнью свойства обеспечивают необходимые прочностные характеристики. Для поверхностей весьма важными являются трибологнче окне свойства: износо стой коси„ противо заднрнме свойства, антифрикционность, а также антикоррозионные и антнокислительные свойства.
Дли повышения первых двух свойств обычно стараются повысить твердость поверхностных слоев. Для достижения этого разработано большое количество уже ставших традиционными технологий, к настоящему времени практически достипплх пределов своих возможностей. Значитальнгяе дополнительные резервы появились в результате развития вакуумных ионне-плазменных (ВИП) технологий нанесения покрытий и модифицнровання поверхностных слоев. Благодаря щюкгнчески нео1раниченным возможностям вакуумные ионно-плазменнью технологии нашли применение в машиностроении н приборостроении. Наиболее высокой твердостью из известных элементов обладают алмаз и бор.
Большинство веществ с высокой твердоспю - химические соединении элементов (рис. 2.б.32): металлоподобных соединений девяти л-переходных металлов (тлтан, вольфрам и др.) с металлоидами (бором, углеродом, азотом, кремнием); некоторые оксиды (алюминия, хрома, лирконня и др.); неметаллические соединения (кубическая модификация ингрида бора, карбиды бора и кремния, ингрид кремния), киприд алюминия. Все эти вещества хрупкие и вследствие этого, а также из-за сложностей получения компакгных материалов и их обработки дэл изготовления деталей н инструментов применяются редко. Высокими "вровшенными" антифрикционнымн свойствами обладают материалы со слоистой струкгурой: днхалькогениды о-переходных метюшов (дисульфнды молибдена н вольфрама, диселеняд ниобия и др.), ~рафнт, гексагональная модификации шприда бора.
Из 214 Глава 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК Рве. 2.6.32. Элеиевгм Первелачепей тайлаям Ммиелееза, аерелмпаааьм ява светеэа вэаееесгайавх в аатвфрааявеаапх ааарыгвй полимерных материалов низкое трение без дополнительных смазочных веществ обеспечивают: палитетрафторэтилен (фторолласт-4) и в меньшей мере другие фторполимеры и сверх- молекулярный полиэтилен. Механические свойства всех этих материалов низкие. Удовлетворить противоречивым требаваям к поверхностным (высокие износостойкость и твердость, низкие трение и адгезионная акппность) и объемнык (высокие прочность и ударная вязкость) свойствам можно путем создания композиций с послойным расположением материалов, выполняющих различные функции.
В связи а тем, что допустимый износ прецизионных деталей машин и инструментов мал (обычно менее десятых долей миллиметра), толщина поверхностного слоя (нзи слоев) с заданным комплексом триботехнических свойств мажет быль очень небольшой. Весьма зффекгивны ди создания таких поверхностных слоев вакуумные понноплазменные технологии. При реализации этих технологий в образовании покрытий и модифицированных слоев участвуют нейтральные и возбужденные частицы (атомы, молекулы и кластеры) с высокой энерпюй (превышающей в десятки и сотни раз энерпоо тешговых атомов и молекул) н ноны, энергию которых можно варьировать в широких пределах изменением усхоряющего напряжения.
При распьшеиии металлов в активных газовых средах в результате плазмохпмических процессов образуготся химические соединении. Наибольший интерес юи малино строения предстаюиют соединенкя 0-переходных металлов )У - У1 групп Периодической системы элементов с лепгими элементами (бором, упгеродом, азотом, кремнием, кислородом).
При этом ьпакно получать покрытия из мсталлоподобных ааединений, туголлавких оксидов и неметаллических соединений. Кроме вакуумных панно-плазменных методовгнанесения покрытий и модифицирования поверхностных слоев используются мшоды химического осаждения из ивовой фазы и термовакуумные методы нанесения покрытий (ам. подреза. 2.6.6 и 2.6Л), Методы оааждения из ивовой фазы применяютая для нанесения твердюх покрытий (ПгС, Т!(С, )Ч) и др.) на инструменты из твердых сплююв. К пх недостаткам относятая необходимость нагрева иэделий до высохих температур и выброс в атмосферу вредных продуктов реакций. Последний недостаток можно устранить применением установок, работающих по замкнутому циклу.
Лля образования качеспенного покрыпи при низких температурах деталей необходимо повьюить энергию копденсирующихся на них частиц. При соударекии с твердой поверхностью чаапщ с достаточно высокой энергией в мякрообьемах происходит образование химических связей без чрезмерного объемного нырева деталей.
Это является основой всех вакуумных ионна-плазменных технологий нанесения покрытий. На рис. 2.6.33 приведены характерные режимы ионного воздействия на обрабатываемью поверхности. В машиностроении применяют четыре группы вакуумных панно-плазменных методов нанесения покрьпий и моди фициро ванна поверхностных слоев: ионна-диффузионные, осущестюиемые в тлеющем разряде; основанные на катодном распьглении в разряде постоянного тока и в высокочастотном разряде; ионное о свилен не; ионное легирование (имплакпщия). Примером панно-плазменных методов яюгяегся ионное азотирование. Ионы азота, а,юс~г' 1з ~а ък Рва.
26ЭЗ. Хауаатерзме Веквлм азавпевейстааа азазпеаамх аатеааа с вазе)еоаюФъал 1- лрапесап, имеющие тепловую привалу; 1а - лизхагемлервхуввпв взюмепвне лрапвссп; 11- ионное ааазиелие (капяелаааи иолов); Ш, 1Па — уяелелве паверпюстиаге алом сбрабэтпзаемага вазелин (расапзепве ваюмв) л леглраапие (вмааавтапиа) пааерхластв НАНЕСЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ И АНТИФРИКПИОННЬГХ ПОКРЫТИЙ 215 образующиеся в тлеющем разряде постоянного тока (в азоте ипи аммиаке), транспортируются к поверхности деталей, явлшощихся катодом, и, диффущгируя вглубь, образуют азотированный слой. Диффузионные процессы интенсифицируются вследствие повышения температуры прн бомбардировке поверхности ионами (обычно до 500 - 600 'С), а также высокой энергии ударяющихся о поверхность ионов (ускоряющей напряжение — неоколько сотен вольт).
Ионйое азотирование может производиться при более низких температурах и со значительно большей скоростью, чем при традиционных методах азотирования. Кроме азотировалня, ионно-диффузионные методы могут быль применены для насыщения поверхностных слоев углеродом, кремнием и другими элементами, полу юнна карбонитрндных слоев и тш. При использовании методов, основанных на явлении катодного распьглелия, обеспечивается высокие адгезия покрытия к подложке и качество самого покрытии. В магнетронных раслъпительных системах высокая эффективность ионизации атомов и молекул рабочих швов (и распыляемых материалов) увеличивает скорость процесса нанесения покрытий (до уровня, характерного для установок с дуговыми испарителями).
Термическое воздействие плазмы на обрабатьпаемый материал небольшое, что дает возможность наносить покрытия на обладающие низкой термостойкостью материалы (например, на полимерные пленки). При встречном рве~опоженил в камере двух магнетронов макно наносить практически равномерные по толщине локръпия на неподвижно установленные тела вращения. Это позволяет применять установки мапютронного распьшення в машиностроении Ллл нанесения покрытий на детали машин и инструменты. Системы распыления на постоянном токе попользуются дпя нанесения покрытий из токопроводящих материалов, а системы высокочастотного распыления - из диэлектриков.
Для повышения качества покрытий вх можно наносить с приложением к детэгшм отрицательного потенциала смещения. Благодаря непрерывной бомбардировке покрытия в процессе его образования ионами инертного газа происходит очистка поверхности от адсорбирующихся атомов и молекул югрязнений. Применяют методы нанесения покрытий с использованием автономных ионных источников (например, типа Кауфмана). При применении методов ионного осаждения частицы наносимого материала, приведенного в газообразное состояние, ионизируются и ускорюотся в эпекгрическом поле.
Энергия ионов при этом возрастает, благодаря чему при их соударении с поверхностью детали, находящейся под отрицательным потенциалом, происходит образование высококаче- огненных покръпий (этому способствует непрерывная самоочистка поверхности бомбардировкой ионами осаждаемого материала). Адгезия и служебные характеристики покрытий повъппаются при увеличении (до определенного значения) энергии часпщ, задаваемой ускоряющим напряжением. Ионное легирование, нли имплантация, основано на том явлении, что при очень больших энерпшх ионы проникают в кристаллическую решетку на сравнительно большую глубину, легируя таким образом поверхностный слой детали (см. гл. 2.4).
Механические свойства и износостойкость модифицированных таким методом поверхностных слоев повышается тюоке и в результате искажений христалпической решетки, в о зинка оших при "вбивании" в нее ионов легирующего компонента. Общая толщина упрочненного слоя во много раз больше глубины проникновения имплантируемых ионов. При бомбардировке поверхности, на которую предварительно было нанесено какое-либо тонкое покрытие, происходит "ионное перемешивание".
Этот процесо позволяет осуществлять леглрование поверхностного слоя приаически любым элементом лри сохранении преимушеств собственно процесса имплыпацни. На практике используется электроннолучевая термообработка, выполняемая обычно в вакууме (возможно также выведение мощных электронных пучков в пространство с низким вакуумом и в атмосферу). Удельная мощносп пучка может мешпъся в предюых 1Оз 5 10з Вт/смз. КПД электронно-лучевых установок достигает 0,75, что является их преимуществом перед лазерными установками ддя термообработки (КПД порядка 0,1). Высокая мощносп электронного пучка позволяет практически мгновенно ныревать поверхностный слой датели или инструмента (скорость нырева до 105 'С/с).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
