Обзорный анализ имеющихся в промышленности установок для нанесения защитных покрытий на металлорежущий инструмент и для нанесения декоративных покрытий. Методы и принцип работы Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетневскце чтения

тов с экспериментальными результатами решения прикладных задач механики КМ. Генерация внутренней структуры представительного объема КМ и осреднение механических характеристик проводились в программном комплексе Эффективные

значения параметров для определяющих соотношений макроскопических моделей КМ определялись при решении задач нелинейного пошагового моделирования многокомпонентных структур. В результате проведенных исследований выявлены особен-

ности влияния структурных неоднородностей на механические характеристики сложного напряженно-деформированного состояния реализуемого в представительном объеме материала. Особое внимание в результатах уделяется нелинейному отклику отдельных фаз материала, а также характеру процесса развития повреждений и разрушению, которые существенно влияют на физико-механическое поведение материалов и конструкций на макроскопическом уровне.

E. G. Pasko Ltd. «Bee Pitron», Russia, Saint-Petersburg

MULTI-SCALE MODELING OF MECHANICAL BEHAVIOR OF COMPOSITE MATERIALS AND STRUCTURES

The numerical solution problems of the mechanics of composite materials, the evaluation values of the effective mechanical properties, the study of deformation and fracture of structured materials and structural elements.

© nactKO E. r., 2012

УДК 669.056.9

Е. О. Пономарева

ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск

ОБЗОРНЫЙ АНАЛИЗ ИМЕЮЩИХСЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ УСТАНОВОК ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ. МЕТОДЫ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Рассмотрены принципы работы и устройство установок для нанесения защитных покрытий.

Вакуумно-дуговое нанесение покрытий (катодно-дуговое осаждение) - это физический метод нанесения покрытий (тонких плёнок) в вакууме, путём конденсации на подложку (изделие, деталь) материала из плазменных потоков, генерируемых на катоде-мишени в катодном пятне вакуумной дуги сильноточного низковольтного разряда, развивающегося исключительно в парах материала электрода [1].

Вакуумно-дуговой процесс испарения начинается с зажигания вакуумной дуги (характеризующейся высоким током и низким напряжением), которая формирует на поверхности катода (мишени) одну или несколько точечных (размерами от единиц микрон до десятков микрон) эмиссионных зон (так называемые катодные пятна), в которых концентрируется вся мощность разряда.

Традиционная конструкция вакуумной установки для нанесения покрытий включает в себя один или несколько плазменных источников магнетронного или дугового типов, расположенных на боковой поверхности цилиндрической вакуумной камеры. Внутри вакуумной камеры находится карусельно-планетарный механизм вращения обрабатываемых образцов для получения однородного покрытия. Вакуумная камера оснащается ионным источником и

нагревательным элементом для предварительной очистки и подготовки обрабатываемой поверхности [6].

Для обработки внутренних поверхностей деталей и узлов больше всего подходят плазменные источники коаксиального типа, у которых радиальный поток плазмы распространяется от внутреннего цилиндрического катода к внутренней обрабатываемой поверхности цилиндрической формы, которая будет являться анодом плазменного источника.

Существуют также многокатодные конструкции катодно-дуговых источников, позволяющие в едином технологическом цикле наносить комбинированные многослойные покрытия и/или покрытия из химических соединений сложного состава, где каждый катод отвечает за нанесение своего материала или соединения на его основе.

С начала 80-х годов XX в. в СССР был налажен серийный выпуск оборудования на базе схемы «Пуск» и на базе схемы «Булат» - установки типа «Булат-3Т», «Юнион», ВУ-1 и установки типа ННВ. Схема «Булат-3» также используется в установке фирмы Multi-Arc Vacuum Systems Inc, купившей в СССР лицензию на производство такого оборудования [2]. На сегодняшний день широкое распространение на территории России получила установка

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

ННВ-6.6 для нанесения ионно-плазменным методом защитных, износостойких и декоративных покрытий, состоящих из различных материалов, на детали и инструмент, в том числе режущий. Особенности конструкции рабочей камеры установки позволяют получать высококачественные однородные и многослойные покрытия при пониженных температурах.

Для получения плазмы металлов в данной установке используются электродуговые испарители с холодным катодом с последующей переработкой плазменной струи в скрещенных электрическом и магнитном полях или электродуговые ускорители (совмещающие эти два процесса).

Катодно-дуговое осаждение активно используется для синтеза на поверхности режущего инструмента очёнь твёрдых износостойких и защитных покрытий, значительно продлевающих срок его службы. Помимо прочего, например, нитрид титана популярен ещё в качестве стойкого декоративного покрытия «под золото». При помощи данной технологии может быть синтезирован широкий спектр сверхтвёрдых и нано-композитных покрытий, включая ТШ, Т1ЛЖ, СгМ, гг]\Г, Л1СЛШ и ТШБ1М [3].

Альфирование заключается в насыщении поверхности деталей кислородом воздуха при температурах 700-850 °С с образованием на их поверхности твердого износостойкого диффузионного слоя, представляющего собой твердый раствор кислорода в титане.

Альфирование проводится по одному из следующих режимов:

1) детали, помещенные в сухой песок, нагревают при температуре 700 °С в течение 10 ч, при этом использовать кипящий слой в течение 5 ч. Кипящий слой создается перемешиванием песка сжатым возду-

Библиографические ссылки

1. Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. М. : Высш. шк., 1988.

2. Mahan J. E. Physical vapor deposition of thin films. N. Y. : John Wiley & Sons, 2000.

3. Пашенцев В. Н. Характеристика плазмы магнетрона на больших расстояниях от катода // Прикладная физика. 2009. № 4. С. 91-95.

4. Современная трибология: Итоги и перспективы / под ред. К. В. Фролова. М. : Изд-во ЛКИ, 2008.

5. Bunshah R. F. Handbook of hard coatings N. Y. : William Andrew Publishing, 2001.

6. Семенов А. П. Новая вакуумная ионно-плазменная технология изготовления подшипников скольжения // Методы упрочнения поверхностей деталей машин :сб. науч. тр. М. : Красанд, 2008. С. 39-47.

7. Семенов А. П. Перспективы повышения трибо-логических свойств вакуумных ионно-плазменных покрытий легированием // Методы упрочнения поверхностей деталей машин :сб. науч. тр. М. : Красанд, 2008. С. 49-65.

2012

хом. При альфировании в кипящем слое поводок и окисного слоя нет;

2) детали, помещенные в сухой графит, нагревают при 800 °С не более 8 ч, а при 850 °С - 2-6 ч.

В процессе нагрева образуется диффузионный слой, состоящий из альфированного слоя и слоя окислов титана (в песке) и карбоокислов титана (в графите). Слой окислов и карбоокислов имеет плотное строение и прочно связан с альфированным слоем. Глубина и твердость диффузионных слоев зависит от состава сплава, температуры и времени нагрева.

E. O. Ponomaryova JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant», Russia, Krasnoyarsk

REVIEW OF EXISTING INDUSTRIAL FACILITIES FOR THE PROTECTIVE COATINGS ON CUTTING TOOLS AND FOR DECORATIVE COATINGS. OPERATION METHODS AND MODE

The principles of operation and the device settings for the application ofprotective coatings.

© Пономарева Е. О

УДК 621.384

И. В. Прокопьев

ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск

СОЗДАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ АЛЬФИРОВАНИЯ

Рассмотрен один из способов формирования износостойкого слоя на поверхности титановых сплавов.