К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Благодаря быстрому отводу теплоты в тело детали (скорость охлаждения до 5.105 'С/с) осуществляется эффективная закалка тонкого поверхностного слоя. Фазовые и структурные превращения в поверхностных микрообъемах при этом имеют ряд существенных отличий от наблюдаемых при традиционных методах термообработки. Возможно также осущесплять легиро ванне поверхностного, слоя про плавлением электронным пучком прелварительно нанесенного покрытия нз легирующего компонента. В результате электронно-лучевой термообработки существенно улучшаются триботехничесхие харакюристики поверхностей: повышается износостойкость, сниилется трение. Она применяется не только для сталей, но и дпя твердых сплавов и цветных металлов. Для осушеспшения поверхностной обработки могут использоваться установки серий ЭЛУ и А.306.
216 Глаза 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК Комбинированные вакуумные ионноплазменные технологии нанесении покрытий и модифицирован ил поверхностных слоев совмещают несколько описанных методов. Все вакуумные ионно-плазменные методы нанесения покрытий могут вюпочать в себя как физические (состав наносимого материала не изменяется), так и хиыические процессы (образуются новые соединения). Прн иопользовании методов, называемых реактивными, происходят плазмохимические реакции с ионами рабочего газа или специально вводимыми в камеру добавками.
Тахнм образом можно получать покрытия из разнообразных материалов и в различных комбинациях. Следует учитывать, что образование покрытий при нанесении реактивными методами происходит в неравновесных условиях. Блаодаря этому в тонких слоях могут образовываться химические соединении, по составу, структуре и свойствам сильно отличающиеол от характерных для объемных материалов (получаемых в условиях, близких к равновесным). Прн определенных режимах нанесения можно получать покрытии в аморфном состоянии. Покрытия наносимые ионными назонами, имеют следующие отличительные особенноопс адтезия покрытий к основе высока благодаря интенсивной очистке поверхностей (бомбардировке ионами инертного газа или наносимого материала) и их радиационной активации, а также высокой энерпти конленсирующихся часпщ; для получения высококачественных покрытий нет необходимости повышать температуру основы до высоких значений; состав и свойства покрытий можно варьировать в широких пределах, причем мозно получать многослойные покрытии как с резким, так и плавным изменением состава от одного слоя к друтому; покрьпия не имеют крупных дефектов и концентраторов напряхсений; покрытия можно наносип на окончательно обработанные поверхности деталей и инструментов без существенного изменения теометрнческих параметров поверхностей.
Основными направлениями улучшения трибологических характеристик покрытий являются: твердо-распюрное упрочнение; создание миотофазных покрытий, в том числе с дисперсионным улрочнением; нанесение традиентных покрытий с изменением состава и свойств по толщине; формирование многослойных покрытий - модулированных пленочных покрытий, в том числе с периодом модуляции порядка нескольких нанометров, соответствующим максимальному упрочнению покрытий; формирование многослойных покрытий со слолми разлнчното функциональ- ного назначения (обеспечивающими высокую износостойкость, низкое трение, защиту от окислении, декоративность); нанесение твердосмарочных покрытий из слоистых веществ, интеркалированных дополнительными компонентами длл повышения антнфрикционных свойств и долговечности; формирование композиционных антифрикционных материалов с вюпоченилми слоистых твердых смазок нли мягких металлов.
Длл нанесения покрытий на детали машин и инструменты примеюпотсл вакуумнодутовью методы: КИБ (конденсацил при нонной бомбардировке) и РЭП (реактивное электронно-плазменное напыление). В основе КИБ лазит шнерацил потока вещества из катодных патен вакуумной дуги сильноточното низковольтнозо разряда в парах материала катода. Анодом служит корпус установки илн специазьнав деталь (в установках с плазменным ускорителем). Поток частиц (атомов, ионов и мелких капель) конденсируетая на поверхности детали, образуя прн введении в камеру химически активното таза соответствующее химическое соединение. РЭП основано на том, что испарлетсл материал анода, нагреваемый электронами, эмиттируемыми натреплм катодом. Испаряемый металл частично ионизируетсл, и ионы ускорлютсл по направлению к обрабатывеемым деталям.
Капельная фаза отсутствует. Дла реализации КИБ служат установки семейства "Булат", "Пуск", "Юнион", "Плазменный котел", ВУ-1Б, ВУ-2Б, ИЭТ-82, ННВ 6.6-И1 и дрз длл реализации РЭП— ЭПН-З, ЭПН-12. В табл. 2.6.24 приведена последовательность этапов технологических процессов нанесения покрытий и методы нх реализации. Требования к предварительной подготовке поверхностей и вакуумированию камеры после помещения в нее деталей одинаковы для всех указанных методов. Операции нагрева и очиспси поверхностей в камере различны.
При РЭП и маглетронном методе нарев осуществляется с помощью натревателей сопротивления. При КИБ нагрев осуществпдетсл высокоэнертетнческими ионами расшаляемото металла (порлдка 1 кэВ). При этом происходит таске и очистка поверхностей от оксидных пленок и зарлзнений, акпшация поверхности и создание переходного слоя за счет конденсации (" внедрения" ) части ионов металла. Сам процесс нанесения покрытий осущестюшется при КИБ нз потока ионов, нейтральных атомов и капель металла. Ионы металла, Генерируемые катодными пятнами с энергией в несколько десятков элехзронвольт, ускоряются в элекцзическом поле в результате приложении к деталям отрицательното потенциала омешенил (-100 ...
-200 В). Молекулы НАНЕСЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ И АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ 217 2.6.24. Песведеватевьносзь операций техиелопзческого процесса нанесения вокрытвй* Метод РЭП Ма.нетронный нюрев от нахревателя сопротивле- ния нюрев бомбардировкой ионами ме- талла + (ионами металла) + (ионами инертного шза) + ' очистка и акпцюция поверхности бомбардировкой ионами Полная Незначитель- ная + (при приложении потенциала смещения) инертного таза + (при приложении нотеици зла смещения) + распызяемото металла + (в смеси с инертным газом) ' Знак "+" означает, что операция осущеспшяется„знак "-" что она отсутствует. 1. Предварительная подготовка поверхно- стей 2.
Вакуумирование камеры с установлен- ными в ней деталями К Подготовка поверхностей в вакууме: 4. Напуок инертного газа 5. Ионизация потока металлическозо пара б. Дополнительная бомбардировка ионами растущето покрытия; 7. Нанесение переходнозо слоя металла К Напуск реакционно-опособното таза и нанесение слоя химического соединения реакционно-способного шэа, вводимого в камеру, частично диссоцмируют и ионизируются.
Химическая реакция взаимодействия газа с металлом происходит на поверхности конденсации и в пространстве между катодом и деталью. При использовании РЗП покрьпие образуезся в результате конденсации ускоренных ионов и нейтральных атомов с тепловой энергией до 1 эВ. Химическое взаимодействие с актиаиым тазом происходит как на поверхности конденсации, так и в пролетном промежуп~е. При матнетронном методе конденсирухпся распыленные ионами инертного газа атомы, энергия которых существенно ниже, чем энергия ионов в процессе КИБ и РЭП, но превышает (на один — два порядка) энергию тепловых атомов, В процессе нанесения покрытий при приложении к деталям отрицательного потенциала смещения они непрерыв- но бомбардируются ионами инертного газа.
Зто способствует более полному прохождению химической реакции с активным газом и удалению с поверхности образующетося покрытия адсорбируемых из атмосферы вакуумной камеры эазрязнений. Для создания иэносостойких покрытий реактивными методами наиболее эффективными базовыми металлами являются титан, алюминий и хром. Иэ метзллоидов, образующих с этими металлами твердые химические соединения, наиболее подходят азот, кислород и углерод (в виде летучих соединений).
В качестве легирующих элементов могут применяться о-переходные металлы: алюминий, кремний, кобальт и многие другие элементы. Наиболее широко применяются в качестве износостойких и декоративных покрытий оистемы Тз — 1ч. Их применение позволило в несколько раз повыоить долговечность режущих инструментов из быстрорежущнх сталей и 218 Глава 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК деталей штампов. Эти покрытия весьма эффективны Лгш подан:иных контактных уплот" пений.
Детали из легированных сталей и твердых сплавов заменяют деталями из нелегнрованных сталей с нитридтитановыми покрытиями. Широко применяют декоративные покрыпш из ингрида титана. Цветовая гамма таких покрытий не уступает цвету золота, износостойкость - значительно выше. Кроме покрытий из мононитрида титана (ТПЧ) наппи применение многофазные покрытия, содержащие также твердый раствор азота в титане и нитрцл другого состава (т12)ч).
Диапазон свойств расширяется путем легирования нитридтлтановых покрытий алюминием, ванадием, углеродом и другими элементами. Легированные покрыпш более стабильны во времени и при высоких температурах. Рабочие температуры и стойкость против окисления у покрытий, лепгрованных алюминием, повышается благодаря образованию на поверхности плотной пленки оксида алюминия (А120з). Покрытия из ингрида титана, легированные алюминием (Т)А1)1ч и углеродом т((с)ч), более эффективны для повышения стойкости режущего инструмента. Для нанесении покрытий из ингрида титана применяют, главным образом, КИБ и магнетронный метод. Перспективным материалом для нанесения реактивным ВИП-методом износостойких покрытий является хром.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
