CC BY
57
УДК 621.9
И. Ш. Абдуллин, И. И. Васильев
ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ 9ХФ В ПЛАЗМЕ ВЧ ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ПОКРЫТИЯ PVD МЕТОДОМ
Ключевые слова: сталь 9ХФ, металлографический анализ, ВЧЕ плазменная обработка.
Исследована поверхность стали марки 9ХФ обработанного в ВЧЕ плазме. Показано, что очистка ВЧЕ плазмой позволяет улучшить адгезионные свойства поверхности стали перед нанесением наноструктурированного покрытия.
Keywords: steel 9CrV, metallographic analysis, high-frequency plasma processing.
We study the surface of steel of a stationary knife 9CrV, which is processed in the plasma. It is shown that RF capacitive plasma cleaning improves adhesion of the steel surface prior to application of nanostructured coatings.
В основном из стали 9ХФ изготавливают инструменты для обработки органических волокнистых материалов. В частности в меховых предприятиях такие инструменты используются для мездрения и строгания разбивки шкурок. Один из проблем меховых предприятий это быстрое
изнашивание режущих инструментов из такого материала. Актуальным является упрочнение режущих инструментов
Ионно-плазменный метод не позволяет наносит износостойкие покрытия на инструменты из нетеплостойких сталей т.к. при очистке ионной бомбардировкой температура достигает до700 °С что приводит к отпуску материала [1]. Поэтому перед нанесением покрытия необходимо провести ВЧ плазменную обработку. Эксперименты
проводились на экспериментальных ВЧЕ
плазменных установках КНИТУ кафедры ПНТВМ [2-3].
На предприятиях инструменты из такого материала используется в основном с твердостью от 55 до 58 НРС и соответственно температура отпуска таких инструментов составляет 220-350 градусов Цельсия (рис. 1).
70
65
Температура закалки 820 *С / майю 35 І I
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Температура отпуска, ‘С
Рис. 1 - Влияние температуры на закаленную сталь 9ХФ
Как показали исследования, не все режимы ВЧ плазменной обработки позволяют провести процесс очистки без отпуска стали. Существенно влияет входной параметр - мощность генератора. Как видно из рисунка 2 увеличение мощности больше 4 кВт приводит к отпуску материала, в
структуре мартенсита появляется сорбит отпуска в виде больших белых зерен.
3,6 3,9 4,2 4,5 4,8
Мощность генератора, кВт
Рис. 2 - Влияние параметров ВЧЕ плазменной обработки на твердость стали 9ХФ
После обработки исследовали поверхностные свойства. Емкостной разряд существенно влияет только на параметр шероховатости, микротвердость и структура образцов не изменились, это говорит о том, что в емкостном разряде при обработке происходит минимальная адсорбция
плазмообразующего газа (аргона) на поверхность образца и об умеренном температурном
воздействии. Кроме того поверхность инструмента после плазменного воздействия становится более однородной, уменьшается высота
микронеровностей, с поверхности удаляются
примесные дефекты, таким образом, параметр шероховатости уменьшается на 35-40% (рисунок 3). При определении параметра шероховатости варьировался давление в камере, наилучший результат получилось при давлении 60-70 Па.
После обработки в ВЧ емкостной плазме на разбивочные ножи были нанесены износостойкие наноструктурированные покрытия. Инструменты испытывались в производственных условиях в меховом производстве.
Результаты испытаний разбивочных ножей из стали 9ХФ обработанные при разных давлениях в ВЧЕ плазме и последующим нанесением нитрид титанового покрытия в производственных условиях на ОАО «Мелита», г. Казань показаны на рисунке 4.
о------------------------------------------------
О 20 40 60 80 100
Давление, Па
^^после обработки ^^»до обработки
Рис. 3 - Влияние параметров ВЧЕ плазменной обработки на параметр шероховатости стали 9ХФ
контр. 1 2 3 4 5
Рис. 4 - Ресурс работы разбивочных ножей: 1 - с покрытием без ВЧЕ обработки, 2 - обработка в ВЧЕ плазме, Р=25 Па, с последующим
нанесением покрытия, 3 - обработка в ВЧЕ плазме, Р=40 Па, с последующим нанесением покрытия, 4 - обработка в ВЧЕ плазме, Р=60 Па, с последующим нанесением покрытия, 5 -обработка в ВЧЕ плазме, Р=95 Па, с
последующим нанесением покрытия
Таким образом при плазменной очистке наибольший эффект наблюдается при давлении 60 Па. Достигается высокая адгезия между материалом и износостойким покрытием. При этом стойкость инструмента увеличивается в 2,5 раза
Литература
1. М.М. Гребенщикова, И.И Васильев, М.М. Миронов. Плазменные конденсаты нитридной керамики с упрочняющей нанофазой. Вестник Казанского технологического университета. - 2012.- №11, С 52
2. Сагбиев И.Р. Характеристики высокочастотного емкостного разряда пониженного давления в процессах обработки материалов// Вестник Казан. Гос. Технол. Унта.- 2007, № 3-4. - С. 283-28.
3. Абдуллин И.Ш. Модификация нанослоев в
высокочастотной плазме пониженного давления / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, И.Р. Сагбиев,
М.Ф.Шаехов. - Казань: Изд-во Казан. технол. ун-та, 2007. - 356 с.
© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; И. И. Васильев - асп. той же кафедры.
