CC BY
11
УДК 621.762
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ ПРЕСС-ФОРМ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ TIN Лавро Виктор Николаевич, доцент (E-mail: lavro7@mail.ru) Пешкова Светлана Юрьевна, студент (E-mail: 95lanalana@mail.ru) Самарский государственный технический университет, Самара, Россия
В данной статье выполнены исследования и разработана технология упрочнения пресс-форм литья под давлением ионно-плазменными покрытиями TiN. Разработана специализированная оснастка и проведены опытно-промышленные испытания пресс-форм с покрытием.
Ключевые слова: плазма, технология, сталь, пресс-форма, свойства, испытание.
Данная работа посвящена актуальной проблеме повышения стойкости пресс-форм для литья алюминиевых сплавов. Наиболее перспективными, на наш взгляд, является упрочнение ионно-плазменными покрытиями на основе тугоплавких материалов.
Изучены условия работы пресс-форм литья под давлением и определены основные дефекты пресс-форм после эксплуатации на литьевой машине АЛ 9. Показано, что после эксплуатации пресс-форм на поверхности образуются дефекты: прижоги, следы приварки литейного сплава и другие мелкие дефекты, исключающие дальнейшую эксплуатацию, так как ее поверхность не отвечает техническим требованиям.
На рисунке 1 приведена пресс-форма после 160 циклов получения изделия из сплава АЛ 9.
Рисунок 1- Пресс-форма для литья под давлением после эксплуатации на
литьевой машине АЛ9 (160 циклов)
Для повышения эксплуатационной стойкости пресс-форм нами предложена технология нанесения ионно-плазменных покрытий по методу КИБ
(конденсация ионной бомбардировки).[1]
Технологический процесс нанесения упрочняющего покрытия проводился методом конденсации ионной бомбардировки (КИБ) в вакуумной - плазменной установке «Юнион», которая представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Вакуумно-плазменная установка «Юнион»
Исследования структуры элементного анализа покрытия были проведены на растровом электронном микроскопе ШОЬ 1БМ-6390Л с дисперсионной приставкой.
Для оценки качества покрытий использовали метод АПИД (анодно - поляризационное инициирование дефектов). Метод АПИД осуществляется с помощью прибора ПККП. Этот прибор предназначен для сравнительной экспрессной оценки качества износостойкости покрытий в лабораторных и производственных условиях. Показателем качества служит интегральный параметр качества К. Он отражает совокупность физико-химических свойств покрытий, определяющих уровень износостойкости режущего инструмента с покрытием; количественно характеризует сопротивление разрушению химически инертных покрытий при анодной поляризации участка покрытия в электролитах, содержащие агрессивные анионы.[2] Схема метода АПИД представлена на рисунке 3.
/ /
/ /
/
/ - /
1
СТАЛЬ ЬХВМФС
Рисунок 3 - Схема АПИД: 1 - покрытие ПК, 2 - подложка 4Х5МФС, 3 -электролитическая ячейка, 4 - электролит (КаС1), 5 - источник поляризующего напряжения, 6 - резиновая насадка с калиброванным отверстием
Для количественной интегральной оценки качества покрытия используется интегральный параметр качества К:
К1 = а° ср~^ ср , К! = 0-1,0
ср
где Q0 ср - количество электричества прошедшее через электролитическую ячейку при поляризации поверхности образца без покрытия; Qп ср - количество электричества, прошедшее через электролитическую ячейку при поляризации поверхности образца с покрытием. Параметр К является безразмерным и нормированным. Высшее качество покрытия соответствует значению К = 1, а низшее качество покрытия соответствует значению К = 0.
Для определения оптимальных параметров для нанесения ионно-плазменных покрытий Т1К были проведены исследования образцов из стали 4Х5МФС, прошедших термообработку по стандартной технологии и полировку, размер образцов ё=30 мм, толщина И=6 мм, с отверстием для крепления в оснастке.
а) б)
Рисунок 4 - образцы свидетели из стали 4Х5МФС диаметром 30 мм и толщиной 6 мм, а) с покрытием Т1К и б) без покрытия
Разработана технология нанесения покрытия Т1К на плазменной уста-
новке «Юнион» пресс-форм из стали 4Х5МФС. Технологические режимы нанесения покрытия приведены в таблице 1.
Таблица 1
Технологические режимы нанесения покрытия Т1К на пресс-форму
из стали 4Х5МФС
Низкотемпературная очистка иР = 113 В 1н = 19,8 А РАг 2 10"4тор (26^10_3 Па)
1Р = 1,69 А 1эн — 3,25 А Тми^ 10 мин
Ионная очистка 1д = 90А иоп = 1000 В Тмин = 10 мин
1Ф = 0,5 А 1А = 2,5 А Т°С = 550
I ст — 2,7 А Р =2 5 • ост 10_5 тор (3^ 10"3 Па)
Конденсация покрытия (катод ВТ 1-00) 1д = 90А иоп = 150 В Тмин — 30 мин
1ф = 0,5 А 1А = 0,5 А Т°С = 450 - 500
I ст — 2,7 А Рн2 = 5^ 10"3 тор (66 • 10_2Па)
где:
иР - напряжение разряда, В; 1н- ток накала, А; РАг- давление газа в камере; 1Р - ток разряда, А;
1эн- ток электромагнитной катушки, А; тмин-время очистки, мин; 1д- ток дуги, А; иоп- опорное напряжение на подложке, В; 1ст- ток стабилизирующей катушки, А; Рост=остаточное давление в вакуумной камере; Т-температура нагрева изделия, °С; 1ф -ток фокусирующей катушки, А; ^-ионный ток, А.
Конструкция пресс-форм, технологической оснастки, размещенной на планетарной системе в вакуумной камере установки «ЮНИОН», представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Пресс-форма на технологической оснастке в вакуумной камере а) до нанесения покрытия и б) после нанесения покрытия
Проведенные структурные исследования плазменных покрытий Т1К показали, что основная форма покрытия представляет столбчатые кристаллы Т1К и капельные фазы Т1а. Структура Т1К однородная столбчатая по всей поверхности. Микрокапельная фаза является дефектом в покрытии, но на основании оптимизаций максимальных параметров конденсации покрытия, ее величина сведена к минимуму и составляет не более 3-4%, что является весьма важным, так как разрушение покрытий происходит на границе Т1К Т1а, а также налипание расплавленного металла при литье алюминиевых сплавов, в тех местах, где присутствует микрокапельная фаза. Величина титана и азота в покрытии позволяет получить максимально твёрдое покрытие Т1К, что связано с оптимизацией давления реакционного газа азота. Результаты исследования структуры и элементного анализа покрытия приведены на рисунке 6.
002
3300
3000
2700
2400
2100
'Si
Й 1800
О
о 1500
1200
900
600
300
0
0.00
й
г
Л
=1 •у О X * _
Г 0> 1- I к 3 2
н Е -1
1 Li
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00 keV
6.00
7.00
8.00
9.00 10.00
3AF Method Stan.dard.le3 3 Quantitative Analysis Fi-T.ing Coefficient : 0.698:2
element (k.eV) Мазз% Eri"c:r% Atomis Compound Мазз% Cation К
Iff К 0.392 16.33 2.31 40.03 35.2566
Xi К 4.506 03.67 1.72 59.97 57.2052
Total 100.00 100.00
б)
Рисунок 6 - а) структурный анализ покрытия Т1К при увеличении х800;б)
элементный анализ покрытия Т1К
Таблица 2
Определение интегрального параметра качества _покрытия по методу АПИД_
Образец Qo *10~6, Qo ср*10-6, Qn *10-6, Qn ср*10-6, Kl
Кл Кл Кл Кл
679 123
Сталь 751 127
4Х5МФС 852 774 102 110 0,86
832 116
755 83
Измерения по методу АПИД свидетельствуют о высоких физико-механических свойствах ионно-плазменных покрытий, что говорит о высоком качестве пресс-форм и повышении ее работоспособности.
774- 110 Kl = 774 =°'86
Выводы
Проведены исследования покрытий на пресс-формах литья под давлением алюминиевых сплавов из стали 4Х5МФС.
Разработана специализированная оснастка, определены оптимальные параметры нанесения покрытий на пресс-форму и интегральный параметр качества, структура и элементный анализ, который свидетельствует о высоком уровне качества полученного покрытия.
Для подтверждения проведенных исследований были проведены промышленные испытания на литьевой машине при литье изделий из алюминиевых сплавов АЛ9, показавшего высокую износостойкость и качество данных покрытий, среднее повышение стойкости пресс-форм составило 2,5-3 раза (примерно 500 циклов получения изделия)
Список литературы
1. Григорьев С.Н., Методы повышения стойкости режущего инструмента: учебник для студентов вузов. М.; Машиностроение, 2009.-368 с.
2. Лавро В.Н. «Определение свойств вакуумно-плазменных покрытий методом АПИД» Самара: Самар. гос. техн. ун-т.; 2013
Lavro Viktor Nikolaevich, associate Professor
(E-mail: lavro7@mail.ru)
Peshkova Svetlana Yur'evna, student
(E-mail: 95lanalana@mail.ru)
Samara state technical University, Samara, Russia
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY OF HARDENING OF MOLDS FOR ION-PLASMA
COATINGS TIN
Abstract. In this article researches are carried out and the technology of hardening of molds of molding under pressure by ion-plasma coverings TiN is developed. Specialized tooling has been developed and pilot tests of coated molds have been carried out. Key words:plasma, technology, steel, mold, properties, testing.
ЦЕНТРИФУГИРОВАННЫЕ ПЛЕНКИ ИЗ КВАНТОВЫХ
ТОЧЕК CdS Новиков Евгений Александрович, аспирант (e-mail: novikov.2403@mail.rul Олеся Игоревна Шутяева, студентка (lesya03297@yandex.ru) Александр Павлович Кузьменко, д.физ.-мат.н., профессор Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
(e-mail: apk3527@mail.ru)
В статье предложены методики получения ультратонких пленок на основе квантовых точек CdS с помощью микроцентрифуги «MiniSpin» и выбора оптимального режима их формирования путем анализа монохрома-тизированных конфокальных изображений. Переменными параметрами являлись частота вращения центрифуги, объем наносимого на подложку раствора, длительность вращения. По полученным оптическим конфокальным изображениям поверхностей сформированных пленок были построены семейства кривых, позволившие установить как сплошность и регулярность их структуры, так и рациональные режимы формирования.
Ключевые слова: квантовые точки, сульфид кадмия, центрифугирование, пленки, конфокальная микроскопия.
Уже достигнутый уровень миниатюризации в целом ряде таких элементов и устройств как накопители информации, солнечные панели, сенсоры и прочие, не удовлетворяет все возрастающим требованиям. Решения возникающих проблем могут быть получены, в том числе, путем синтеза материалов для формирования ультратонких вплоть до наноразмерных пленок [1], [2]. Особое значение отводится получению квантовых точек (КТ) [3] и их нанесению в виде пленочных структур с использованием достаточно широкого арсенала методов, среди которых можно выделить метод Лен-гмюра - Блоджетт и центрифугирование, в которых структурирование на-нослоев подчиняется процессам самоорганизации [4], [5]. В этой связи эти два метода обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению, к примеру, с элионными методами [6], [7].
Для реализации процесса самоорганизации в методе центрифугирования в качестве внешних воздействий выступают силы поверхностного натяжения, тяжести и центростремительная (ее инерционное проявление -центробежная сила). Управление формированием пленок из КТ может
