Диссертация (1173087), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Установлена взаимосвязь между периодом стойкости режущегоинструмента Тст, средней температурой его режущей кромки Т исоответствующей им эффективной величиной молярной энергоемкости Uэфпроцесса износа.6.Рассмотреныособенностидиффузионногопроцессаприформировании дискретного диффузионного покрытия.7.Разработаныпредпосылкиформированиядискретногодиффузионного покрытия на металлическую основу.8. Рассмотрены физико-химические закономерности формированиядискретного диффузионного покрытия.143ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИИЙ3.1 Методика проведения процесса осаждения дискретногодиффузионного покрытияДля формирования локального диффузионного покрытия на режущийинструмент был использован положительный униполярный коронныйразряд, формируемый в привершинной области игольчатого электрода.Схема проведения работ по отработке технологии представлена нарисунке 3.1.Разработано несколько вариантов технологий нанесения локальногодиффузионногопокрытиянарежущийинструмент,вчастностиизготовленный из быстрорежущей стали или из твердого сплава, а также натитановыеобразцыдетали,которыеможноприменятьводнойтехнологической установке.Формирование локального диффузионного покрытия,получаемоговоздействием на основу активированным воздушным потоком, проходящимчерез коронный разряд, с условно выделенными границами послойнойдиффузионной самоорганизации по схеме, (см.
рисунок 2.11) производили наустановке, в которую входит устройство для создания ионизированноговоздушногопротокаэлектроэрозионного«УИВ-1»станка«Эльфа».иэлектромеханическийПриформированииблоклокальногодиффузионного покрытия использовали специальный игольчатый анод сжесткой регламентацией. В качестве материала анода использоваливольфрам.144Рисунок 3.1 – Схема проведения исследованийНаиболее существенным преимуществом локального диффузионногопокрытия, сравнительно со сплошным покрытием, является увеличение145долговечностирежущегоинструментапоотношениюкхрупкомуразрушению его режущей кромки.Формирование на поверхности режущей части инструмента жесткихобластей локальных покрытий, разделенных мягкими областями безпокрытия, способствует увеличению ее пластических свойств и снижениюнапряжений в покрытии.
Этоприводит к уменьшению вероятности егоразрушения, в том числе за счет наличия препятствий поверхностномураспространению трещин в жестком покрытии, создаваемых мягкимипромежутками без покрытия, разграничивающими области локальныхпокрытий. Снижение в ячеистом покрытии, рассматриваемом как целостнаяструктура, включающая мягкие промежутки без покрытия, эффективногозначения модуля упругости, сравнительно с его значением в сплошномпокрытии, способствует релаксации напряжений.Расположение образцов в проведенных экспериментах позволилиполучить информацию по оптимизации процесса нанесения локальногодиффузионного покрытия. Это дало возможность продолжить исследованиес точки зрения «исследование кинетики изнашивания».
В качестве образцовиспользовали - пластины квадратной формы 18х18х8мм Р6М5 с твердостьюHRC62 и Р6М5К5 с твердостью HRC65, производства ОАО «МПО им. И.Румянцева» и пластины прямоугольной формы 11,6х9,5х4,0мм производствакомпании «ISKAR»: IC50М, IC3028, IC9015, IC9025, а также концевые фрезыВК10ХОМ R<1о Z = 6 и Z = 4 производства АО «НПЦ газотурбостроения«Салют».
Кроме режущего инструмента был обработан «образец детали» изтитанового сплава ВТ3–1. После нанесения локального диффузионногопокрытия,режущийинструмент(твердосплавныеибыстрорежущиепластины, твердосплавные фрезы) исследовали на долговечность приразличных режимах обработки, а «образец детали» из титанового сплавапосле нанесения диффузионного покрытия исследовали на механическиесвойства.1463.2 Методы исследования структуры и состава дискретного покрытияКак было, установлено на выходные параметры процесса нанесениялокального диффузионного покрытия наибольшее влияние оказывает токкоронного разряда, а также давления сжатого воздуха.
Для исследованиявлияния указанных параметров нанесения локального диффузионногопокрытия и получениядиффузионного слоя проведены исследования,результаты которых представлены в этом разделе.Состав локального диффузионного покрытия и распределение элементовпо глубине рассеяния определяли на установке «Сокол-3», в институтетехнологии микроэлектроники РАН (ИПТМ РАН), (см. рисунок 3.2)Рисунок 3.2 – Аналитический комплекс «Сокол-3»: 1 – ЭСУ-2; 2 –ионопровод; 3 – аналитический магнит; 4 – камера РОР; 5 – камера дляизмерений ядер отдачи; 6 – камера для рентгенофлуоресцетных и оптиколюминесцентных измерений.Для этого были приготовлены шлифы двух типов с «косым» срезом и«ступенчатой» шлифовкой.
«Ступенчатые» шлифы имели высоту ступеньки(3 ˗ 5) 10 5 м.Шлифыизготовлялипоединойметодике.Первоначальноонизаливались эпоксидной смолой в металлические формы (кольца иззакаленной стали ШХ-15 с НRCэ 40÷42) и предварительно сошлифовывалидо нужного сечения на плоскошлифовальном станке кругом 27020 ˗ 0133ГОСТ 16167 - 80 АСР 80/63 МА 61 - 100 с t = 0,01 мм, Sпрод = 0,1мм/дв.ход.147Затем шлифы доводили с использованием алмазных паст ˗ АСМ 64/ 140,АСМ 40/28, АСМ 20/14, АСМ 10/7, АСМ 3/2, нанесенных на плотный картон.Ионопучковый аналитическом комплекс «Сокол-3» работает по методуионопучковой диагностики планарных микро и наноструктур, в которыхиспользуются потоки ионов Н+, D+, He+ средних энергий 0,3÷3,5 МэВ.Взаимодействие этих частиц с электронной подсистемой твердых телвызываетихотносительноравномерноеторможениевматериале.Столкновение с ядрами атомов, составляющих твердотельную мишень,напротив, приводит к резкому изменению энергии налетающих ионов, аиногда просто к их исчезновению с появлением частиц другого типа.
Все этиявления с успехом используются для неразрушающего количественногоконтроля состава и структуры твердотельных мишеней [74]. В результатеторможения ионов в веществе возбуждается его электронная подсистема.Анализ радиационной релаксации этого возбуждения, на основе регистрациивыхода оптической составляющей, позволяет судить о зонной структуреисследуемого соединения. Фиксация спектров рентгеновской радиации,также являющейся частичным результатом такой релаксации, предоставляетусловия для количественной элементной диагностики приповерхностногослоя мишени[74].При этом толщина диагностируемого слоя будетопределяться двумя факторами: глубиной проникновения заряженных частицв материал и коэффициентом линейного поглощения анализируемогорентгеновского излучения в этом материале.Взаимодействие быстрых заряженных частиц с ядрами атомов,составляющих анализируемую мишень, прежде всего, характеризуется ихкулоновским отталкиванием.
Это взаимодействие хорошо аппроксимируетсятеоретически и является базовым для спектроскопии резерфордовскогообратного рассеяния ионов. На основе математической обработки спектроврезерфордовского обратного рассеяния, полученных при больших углахрассеяния ионов θ ≥ 160°, удается рассчитать распределение элементов поглубине мишени для толщины ее поверхностного слоя около 1 мкм с148точностью 5 ÷ 7%, а для толщин 10 ÷ 20мкм – с точностью около 10% [74].Методрезерфордовскогообратногорассеяниякрайневажендляколичественной аналитической диагностики в микро и нанопленочнойпланарной технологии вследствие абсолютности получаемых на его базеданных.
В тоже время экспериментальное применение этого методахарактеризуется некоторыми особенностями, связанными с наличием такназываемого «не резерфордовского вклада» в рассеяние ионов.Важным аспектом взаимодействия пучков быстрых заряженных частиц ствердым телом являются прямые резонансные и пороговые ядерные реакции.Они представляются крайне эффективным аналитическим средством дляколичественной моноэлементной изотопной диагностики исследуемыхмишеней. Такая диагностика оказывается особенно эффективной дляопределения содержания в мишени легких элементов (B, C, F и др.). В тожевремя необходимо иметь в виду относительность результатов измерений,выполненных с помощью ядерных реакций.Специфическим направлением аналитического использования пучковзаряженных частиц является количественная концентрационная диагностикасодержания в веществе атомов водорода и гелия.
Подобный уникальныйанализ осуществляется на основе так называемого «метода ядер отдачи»,который, как и метод резерфордовского обратного рассеяния, являетсяабсолютным аналитическим методом [75]. Глубина анализа обычно непревосходит 1 ÷ 2 мкм.Аналитическая элементная диагностика тонких покрытий, как правило,выполняетсянаионопучковыхкомплексах,построенныхнабазеэлектростатических ускорителей ионов, поскольку ускорители этого типахарактеризуются наименьшим разбросом энергии ионов в пучке на еговыходе.
Установки этого типа выдают ионные пучки с моноэнергетичностьюна уровне 0,02%.Всоставионопучковогоаналитическогокомплексапомимоэлектростатического ускорителя входит вакуумный ионопровод с системой149безмасленнойвысоковакуумнойоткачки,отклоняющиймагнитиэкспериментальные камеры, оснащенные гониометрической системой исистемойрегистрациирассеянияионовипродуктоврелаксациивозбуждения, инициированного первичным пучком.Рабочее давление в вакуумной системе ионно-аналитического комплексаобычно составляет (36)10-4 Па. Указанный уровень разряжения достигаетсяс помощью турбомолекулярных и магниторазрядных насосов и непредохраняет исследуемую мишень от появления углеродного нагара в пятнепаденияпервичногоионногопучка.Толщинанарастающейпленкиаморфного углерода определяется суммарной дозой облучения. Дляуказанного интервала разряжения при суммарной дозе облучения 100микрокулон на мм2 (6,251014 протонов /мм2) пучком протонов с энергией E0= 1 МэВ, наблюдается появление углеродной пленки толщиной 5÷10 нм.
Наскорость нарастания пленки мало влияет изменение энергии пучка. В тожевремя использование более тяжелых ионов (Н+, He+) ускоряет нарастаниеуглеродного нагара. Для уменьшения влияния этого эффекта применяетсяазотное охлаждение коллиматора.Используемые в комплексе отклоняющие магниты для обеспечениядолжной моноэнергетичности пучка должны характеризоваться высокойстабильностью и однородностью магнитного поля в зазоре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
