Автореферат (1173086), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

рис.3 и таб.1).основаДискретноедиффузионноепокрытиев)а)б)Рисунок 3. Принципиальная схема структуры дискретного диффузионного покрытия: а)глубинная структура единичного локального элемента; б) поверхностная структура покрытияв) упорядоченная совокупность локальных элементов покрытия.Таблица 1. Предполагаемые слои дискретного диффузионного покрытияНаименование слояПНСДСТПСПолучаемые покрытияОксидные соединения МеО-О2:FexO(x~0,84-0,96), Fe2О3;Fe3О4;WO2(δ);Co3O4(II,III), CoO(II);WO2,90;WO2,72;TiО,Ti2О и др.Соединения Ме-МеО: W-WхO3n-2, CoСохO3n-2, Ti-TiхO3n-2, Fe-FeхO3n-2 и др.Упрочняющие фазы FeO(α); WO3(α);WO3(β), WO3(), TiО(α), и др.Условия получения слоев1.

Тр=Т2-Т1 0 для пары«ОМ –ПНС»2. Max : HV, пТр=Т2′-T2′′ 0 для пар «ПНС– ДС», «ДС– ТПС».Недопустимое формированиефаз типа - (Me)уOх, Me – W,Ti, Fe, Co и др.Разработанная для этой технологии экспериментальная установка имеет униполярнуюположительную корону. Количество положительных ионов, порождаемых ионизациейкомпонентов атмосферного воздуха, обычно существенно превышает количествоотрицательных ионов (доминирующая азотная компонента электроположительна и не образуетотрицательных ионов).

Это является одной из причин использования в экспериментальнойустановке униполярной положительной короны, формируемой в привершинной областиигольчатого электрода, играющего роль анода (нейтрализатора приходящих на негоотрицательно заряженных частиц в виде электронов и отрицательных ионов), находящегося подвысоким положительным потенциалом. Принципиальная электрическая схема даннойустановки показывает, что ток I газоразрядного промежутка замыкается через внешнюю цепь,где в роли его носителей выступают свободные электроны, нейтрализующие зарядположительных ионов, поступающих на электрод. Неоднородность поля, являющаясянеобходимым условием возникновения униполярного коронного разряда, приводит ксосредоточению ионизационных процессов в так называемом чехле короны, непосредственнопримыкающем к коронирующему электроду и характеризуемому наличием сильного поля.

Приатмосферном давлении практически вся энергия, приобретаемая ионами в поле разрядногопромежутка, передается в результате соударений молекулам воздуха. Таким образом, ионная16активация воздуха увеличивает хемосорбционную активность. Движение положительныхионов в направлении обрабатываемой ими поверхности носит дрейфовый характер. Энергиядрейфового движения ионов оказывается много меньше энергии их теплового движения, ноименно дрейфовая скорость является причиной протекания тока во внешней зоне коронногоразряда, согласованного с током во внешней цепи электродного промежутка.

Изменениеусловий равновесия поверхностного слоя, не коронирующего электрода с окружающей газовойсредой, в зоне адсорбированных из нее молекул неорганических веществ, инициирует процессочистки поверхности от загрязнений. Формирование покрытия обусловлено неоднородностьюэлектрических и тепловых полей. Таким образом, происходит локальный нагрев,обусловленный нарушением энергетического баланса за определенное время, идущее наразогрев пятна площадки основания и процесс образования покрытия, осуществляетсядиффузионно по границам поверхностных зерен.В качестве рабочей гипотезы воспользуемся изломом в линейной зависимостикоэффициента диффузии от величины, обратной безразмерному значению нормированнойтемпературы излома, т.е.

в качестве зависимости воспользуемся классическим закономАррениуса, «температурная зависимость коэффициента диффузии». Для реализации законабыла конкретизирована гипотеза существования аномального низкотемпературного излома влинейной зависимости. QД  Д о  exp  , kT где: До и Q – соответственно предэкспоненциальный множитель и энтальпия активациидиффузии, зависящие от диффундирующего элемента и материала обрабатываемойповерхности; k = 1,3810-23Дж/оК = 8,61710-5 эВ/оК – постоянная Больцмана.Эта гипотеза представляет наиболее простой и универсальный способ формализацииописания разнообразных низкотемпературных отклонений от закона Аррениуса, носящихмонотонный характер. Данная гипотеза «излома» объясняет формирования диффузионныхпокрытий при комнатных температурах.

Значение коэффициента диффузии для точки С неможет превышать его значения в точке «излома» В, (см. рис.4). Необходимым условиемвозможности реализации «излома» в точке В является наличие линейности, т.е. точка В~.Рассчитываемое по закону Аррениуса значение коэффициента диффузии для точки В~ должнобыть больше, чем для точки В. Это означает, что реализация перехода возможна лишь притемпературе «излома» превышающей минимальное значение температуры. На примередиффузии внедрения углерода в α - Fe при температуре Т=20оС, можно показать, что еслитемпература «излома» меньше или равна 1, (см. рис.4), то отсутствует «излом», следовательно,коэффициент диффузии -16,676. Для реализации «излома» требуется увеличение температуры.Для коэффициента диффузии -13 температура «излома» 1,3, что соответствует температуре107,9оС.

Если коэффициент диффузии -16,676 и соответственно температура «излома» равна 1,то энтальпия активации Q = 0,617эВ, а при коэффициенте диффузии -13 и соответственнотемпература «излома» 0,742, то энтальпия активации Q = 0,688эВ, и согласно графику17зависимоститемпература«излома»линейная,приэтомостаетсянеизменнымпредэкспоненциальный коэффициент диффузии, До = 0,004 см2/с, (см. рис. 5-6).Рисунок 4. КачественнаяРисунок 5.

График зависимостихарактеристика «излома» в линейной «излома» температуры min от lgД1зависимости lgД от 1/3Диффузионное насыщение поверхности молекулами иРисунок 6. Графикифункциональных зависимостей«излома» от температурыионамиактивированногоэлектрическим коронным разрядом сжатого воздуха, обладает существенным преимуществомпо сравнению с насыщением из парогазовой фазы, так как имеет:– большую скорость насыщения;– возможность термодиффузионного насыщения поверхности без дополнительнойдепассивирующей обработки;– полную экологическую безопасность процесса обработки;Наличие в воздухе азота, кислорода и соединений углерода (CO2) позволяет предположитьвозможность вхождения в состав покрытия нитридов, оксидов и карбидов, образующихся присинтезе покрытия.Основу ионной активации воздуха составляют:- процессы ионизации с образованием положительных ионов;- процессы электронного сродства с образованием отрицательных ионов:++Me + O2 → MeO + O;–+–O + e- → O ; Me + O → MeOКоличество положительных ионов, порождаемых ионизацией атмосферных компонентов,обычно существенно превышает количество отрицательных ионов, поскольку азотнаякомпонента электроположительна и не образует отрицательных ионов, то хемосорбцияэлектроотрицательного кислорода с образованием оксидной пленки будет препятствоватьхемосорбции азота и образованию нитридов, что, в свою очередь, облегчает диффузию ионов(или атомов) кислорода через поверхностный слой с образованием диффузионного внутреннегопокрытия оксидного типа.

Незначительное содержание оксида углерода (IV) СО2 в атмосфере,не дает вклада углеродной составляющей в состав покрытия.18В третьей главе представлены методики проведения экспериментальных исследований:методика процесса осаждения дискретного диффузионного покрытия, исследования структурыи состава дискретного покрытия, определения режущих свойств инструмента с покрытием иисследования физико-механических свойств дискретного диффузионного покрытия.Исследование состава дискретного покрытия и распределение элементов по глубинерассеяния проведено на установке «Сокол-3», в институте технологии микроэлектроники РАН(ИПТМ РАН). Ионопучковый аналитическом комплекс «Сокол-3» работает по методуионопучковой диагностики планарных микро и наноструктур, в которых используются потокиионов Н+, D+, He+ средних энергий 0,3÷3,5 МэВ.Химический состав локального диффузионного покрытия определяли на электронноммикроскопе «JSM-5610 LV» предприятия АО «НПЦ «газотурбостроения «Салют».

Наличиенизковакуумногорежимаработымикроскопапозволяетисследоватьнепроводящиенеорганические объекты без проб подготовки и нанесения проводящих покрытий, т.е. получатьизображение с реальной поверхности. Наличие двух типов детекторов позволяет получатьизображения в режимах вторичных и обратно отраженных электронов. Сканирующийэлектронный микроскоп JSM-5610 LV оснащен системой химического микроанализа EDX JED2201,позволяющейпроизводитьодновременныйавтоматическийкачественныйиколичественный химический анализ до 99 интересующих участков изображения исследуемогообъекта.Определениемеханическихсвойствиспытаниями(наизгиб,растяжение)инструментального и конструкционного материала с дискретным диффузионным покрытиембыли проведены по ГОСТу 25.604-82 и ГОСТу 1497-64, а на усталость - проводили всоответствии со стандартом по ОСТ100870-77 на АО «НПЦ газотурбостроения «Салют».Контроль инструмента с дискретным покрытием осуществлялся с помощьюсканирующего наноиндентора Hysitron TI 750 Ubi (США).В качестве критериев оценки долговечности инструмента использовали среднее значениестойкости T , коэффициент вариации стойкости  T , интенсивность изнашивания J.

Оценкукоэффициентов вариации стойкости инструмента с дискретным диффузионным покрытием, сосплошным покрытием и без упрочнения производили с использованием методов математическойстатистики. Для оценки резко выделяющихся значений стойкости инструмента использоваликритерий Гиббса, также приведены основные данные, обосновывающие выбор инструмента(тип, геометрия, марка инструментального материала), обрабатываемого материала,оборудования, аппаратуры для проведения экспериментальных исследований.В четвертой главе рассмотрены технологические аспекты формирования дискретногодиффузионного покрытия, описана установка для нанесения локального диффузионногопокрытия на режущий инструмент, которая состоит из устройства для созданияионизированного воздушного потока «УИВ-1» (патент № 2279962) и электромеханическогоблока электроэрозионного станка «Эльфа».

Устройство «УИВ-1» обеспечивает формированиена поверхности образца локальных областей диффузионного покрытия, а электромеханический19блок позволял реализовать упорядоченную совокупность локальных областей с покрытием,разделенных промежутками с его практическим отсутствием, именуемую в работе локальнымпокрытием. При формировании дискретного диффузионного покрытия использовалиспециальный игольчатый анод с жесткой регламентацией.

В качестве материала анодаиспользовали вольфрам. Стержневой электрод диаметром 0,7мм играет роль анода(нейтрализует приходящие на него отрицательно заряженные частицы – электроны иотрицательные ионы). Электрод подключен к источнику постоянного напряжения,регулируемому в диапазоне 0 – 16 кВ. Сильная неоднородность электрического поля вблизи«острия» анода обеспечивает условия образования униполярной положительной короны.Заглубление электрода уменьшает влияния краевого поля на выходящий из негоактивированный воздушный поток. Для формирования покрытия используется ток коронногоразряда и давление сжатого воздуха.Рассмотрение углов α наклона сопла и его расстояния Lс от обрабатываемой поверхностипроводились с учетом формирования пограничной диффузии элементов активированноговоздуха для формирования тонкого диффузионного покрытия.

Характеристики

Список файлов диссертации