Фізико-технологічні основи дуплексного вакуумно-дугового зміцнювання поверхонь - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наукРобота виконана в Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут» НАНУКРАЇНИ. Науковий консультант: академік НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Неклюдов Іван Матвійович, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, генеральний директор. Офіційні опоненти: академік НАН України, доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Пузіков Вячеслав Михайлович, Інститут монокристалів НАН України, директор; З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61024, м.Харків, вул.Гуданова,13.Нами розроблено різні варіанти дуплексної обробки виробів, що включають обробку в плазмі газового дугового розряду низького тиску і нанесення вакуумно-дугових покриттів єдиним технологічним процесом. Найкращим способом збільшення цих напружень є іонне азотування в тліючому розряді, однак через розпилення поверхні і утворення в азотованому шарі нітридів заліза, що розкладаються при температурах близько 500°С, його застосування виключає вакуумно-дугове зміцнення єдиним технологічним процесом. Однак ще недостатньо вивчені умови, які дали б можливість знизити температуру підкладки до 100…200°С; збільшити внутрішні напруження в приграничному шарі підкладки, поліпшити якісні характеристики і продуктивність модифікування поверхні за рахунок збільшення твердості покриттів і його проведення єдиним технологічним процесом. Дуплексне зміцнення поверхонь, що включає розробку нових методів хіміко-термічної обробки, які забезпечують наступне нанесення покриттів у єдиному технологічному процесі, а також створення надтвердих покриттів, які осаджуються при температурі підкладки в інтервалі 100…500°С, дасть можливість істотно підвищити експлуатаційні характеристики виробів, розширити їх номенклатуру, створити високопродуктивне устаткування для цих технологій і тому є актуальним. Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі основні задачі: · Розробити нові процеси азотування заліза в газовому дуговому розряді низького тиску з метою забезпечення можливості наступного нанесення зносостійких покриттів в єдиному технологічному процесі.Встановлено, що всі відомі вакуумні способи азотування передбачають подачу на підкладку негативного потенціалу, який призводить до іонного розпилення поверхні виробів і збільшення її шорсткості настільки, що наступне нанесення покриттів без механічної обробки (шліфування, полірування) стає неможливим. Проведений аналіз стану речей показав, що використанню вакуумно-дугових технологій зміцнення поверхні перешкоджають: · обмежені знання про можливості використання вакуумно-дугового розряду для хіміко-термічної обробки виробів, зокрема для азотування; У звязку з вищевикладеним видно, що питання дуплексного модифікування поверхні шляхом дослідження процесів азотування в газовому вакуумно-дуговому розряді низького тиску і нанесення багатофункціональних, зокрема надтвердих, покриттів, і на основі одержаних знань розробки високопродуктивних технологій і устаткування вимагають свого вирішення. Існують різні схеми формування цього розряду, завдання яких полягає в тому, щоб тим або іншим способом не допустити попадання випарованих часток металу в робочий обєм камери, пропускаючи при цьому електрони і газ. Оскільки емісійна здатність газо-металевої плазми велика, величина струму в газовій ступені може досягати сотень амперів і, таким чином, забезпечувати плазмову обробку (нагрівання, очищення іонним або електронним бомбуванням, хіміко-термічну обробку і т.п.) виробів у великих промислових обємах.При більш низьких температурах підкладки покриття TIN мають недостатні фізико-механічні характеристики або не осаджуються зовсім. Це може бути повязано не тільки із твердістю самого покриття TIN, скільки з тим фактом, що зі зменшенням тиску азоту істотно збільшується кількість мякої краплинної фази в покритті, що, безсумнівно, відбивається на величині загальної твердості і точності вимірювань. Після відпалу у вакуумі при температурі 700°С впродовж двох годин має місце зниження твердості на 6…12ГПА, в той час, як звичайні (без імплантації) TIN покриття мають твердість близько 25ГПА і після відпалу при такій же температурі їх твердість практично не змінюється. Дані по відпалу вказують на те, що багатошарові TIN-CRN покриття мають більш високу термічну стабільність, ніж покриття TIN. У випадках осадження покриттів при режимі постійного потенціалу (-230B) з імплантацією іонів (титану, хрому і азоту) з газо-металевої плазми при однаковому тиску азоту має місце істотний приріст твердості (табл.3) порівняно з покриттями, одержаними без імплантації.Розроблено фізико-технологічні основи нових методів вакуумно-дугового зміцнювання поверхні твердого тіла, що включають її азотування і наступне нанесення надтвердих зносостійких покриттів у єдиному технологічному процесі.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ