CC BY
33ВАКУУМНОЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЕТАЛЕЙ И АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ
Абдувахоб Марифович Тешабоев Шохрух Гайратжон уFли Рубидинов
Ферганский политехнический институт
АННОТАЦИЯ
В данной статье рассмотрены предложения и рекомендации по увеличению продолжительности азотирования для получения толщины слоя путем изучения состава и структуры стали и контрастных материалов методами вакуумно-ионно-плазменного покрытия при восстановлении деталей рабочих поверхностей.
Ключевые слова: детал, атом, молекул, кластер, вакуумные ионно-плазменные, покрытий, слоя, ионно-диффузионные метод
VACUUM ION-PLASMA COATING OF DETAILS AND ANALYSIS OF CHANGES IN SUPERFICIAL LAYERS
ABSTRACT
This article discusses proposals and recommendations for increasing the duration of nitriding to obtain a layer thickness by studying the composition and structure of steel and contrast materials using vacuum-ion-plasma coating methods when restoring details of working surfaces.
Keywords: detail, atom, molecules, cluster, vacuum ion-plasma, coatings, layer, ion-diffusion method.
Для образования качественного покрытия при более низких температурах деталей необходимо повысить энергию конденсирующихся на них частиц. При соударении с твердой поверхностью частиц с достаточно высокой энергией в микрообъемах создаются условия, при которых обеспечивается образование химических связей без объемного нагрева деталей (что лежит в основе всех вакуумных ионно-плазменных методов нанесения покрытий). В образовании покрытия при этих методах участвуют нейтральные и возбужденные частицы (атомы, молекулы и кластеры) с высокой энергией (превышающей в десятки и сотни раз энергию тепловых атомов и молекул) и ионы, энергию которых можно варьировать в широких пределах изменением ускоряющего напряжения.
Вакуумные ионно-плазменные процессы нанесения покрытий характеризуются следующими основными этапами: генерацией атомарного или молекулярного потока вещества, его ионизацией, ускорением и фокусировкой и, наконец, конденсацией на поверхности деталей или подложки. Для генерации
потока вещества используются разогрев потоком электронов и различные формы газовых разрядов (тлеющий, дуговой с нерасходуемым термоэмиссиоиным катодом, дуговой с термоавтоэмисснонным расходуемым, катодом).
Применительно к нуждам машиностроения вакуумные ионно-плазменные методы нанесения покрытий и создания модифицированных поверхностных слоев можно условно разделить на четыре группы:
а) ионно-диффузионные методы, осуществляемые в тлеющем разряде;
б) методы, основанные на явлении катодного распыления в разряде постоянного тока и в высокочастотном разряде;
в) ионное осаждение;
г) ионное легирование и внедрение (имплантация).
Примером методов первой группы является ионное азотирование, которое может проводиться при более низких температурах и со значительно большей скоростью (табл. 1), чем традиционное (в результате радиационного стимулирования скорость диффузии азота многократно увеличивается). Ионнодиффузионные методы могут быть также применены для насыщения поверх.
Таблица 1
Влияние режимов ионного азотирования на толщину и твердость износостойкого
слоя.
Сталь Темпера -тура, °С Длительность азотирования (в ч) для получения слоя толщиной, мм HV, МПа
0,150,2 0,2 -0,25 0,250,3 0,3 -0,35 0,35 -0,4
40Х 520 4-5 7-9 9-12 12-15 Т5-18 50005500
40ХФА 520 4-5 6-8 8-10 12-15 15-18 51005600
18ХГТ 550 3-4 4-5 6-8 9-12 15-18 53006000
30Х3МФ 530 4-5 6-8 9-12 15-18 - 70007600
38Х2МЮ А 550 4-5 5-7 7-9 9-12 15-18 90009500
При использовании методов, основанных на явлении катодного распыления, покрытие образуется в результате конденсации главным образом нейтральных частиц, выбиваемых из мишени бомбардировкой ионами инертного газа (аргона, криптона), имеющими высокую энергию. Энергия частиц наносимого материала
по крайней мере на порядок выше, чем энергия частиц, образующихся при испарении в термовакуумных методах. Методы позволяют наносить самые тугоплавкие и недостаточно стабильные соединения с сохранением их стехиометрического состава, нанесение которых термовакуумными методами невозможно. Находят применение системы с автономными ионными источниками. Системы распыления на постоянном токе используются для нанесения покрытий из проводящих электрический ток материалов, системы высокочастотного распыления - из диэлектриков.
Наиболее полно преимущества методов, основанных на явлении катодного распыления, реализуются в системах магнетронного распыления, в которых разряд осуществляется в скрещенных электрических и магнитных полях. Благодаря этому производительность магнетронных распылительных систем одного порядка с производительностью установок, работающих по методу КИБ (с электродуговым испарителем). К преимуществам их относится отсутствие капельной фазы, что позволяет наносить покрытия практически без искажения исходного качества поверхности.
При использовании методов ионного осаждения частицы наносимого материала, переведенного тем или иным способом в газообразное или парообразное состояние, ионизируются и ускоряются в электрическом поле. Адгезия и служебные характеристики покрытий повышаются при увеличении энергии частиц, задаваемой ускоряющим напряжением. В нашей стране применяются методы КИБ (конденсация при ионной бомбардировке), РЭП неактивное электронно-плазменное напыление) и др. В табл. 2 приведены сведения об износостойкости покрытий, нанесенных методом КИБ.
Таблица 2
Триботехнические характеристики покрытий TiN, нанесенных на сталь Р6М5 методом КИБ, при трении со смазкой М14В2 по разным материалам (линейный контакт)
Н200 Удельный объемный
Материал контртела материала износ, мм /мм Коэффицие
контртела, контртела покрытия нт трения
ГПа (х109) (Х1011)
Медь М1 0,9 16000,600 58/5,4 0,11/0,09
Техническое железо Э 1,6 9 000/140 110/80 0,12/0,08
Серый чугун 3,2 70/2,1 40/3,5 0,13/0,03
Сталь 45 5,6 2 100/1,4 17/2,7 0,11/0,08
Сталь 20Х2Н4А (цементованная) 9,4 140/2,8 6,7/1,3 0,14/0,03
Сталь 38ХМЮА 11,1 340/4,9 11/2,0 0,12/0,09
(азотированная)
Примечание. В числителе - значения для покрытия в исходном состоянии, в знаменателе - после полирования.
Ионное легирование, или имплантация, основано на том явлении, что при больших энергиях ионы проникают в кристаллическую решетку на большую глубину (легируя, таким образом, поверхностный слой детали). Этому способствует радиационно-стимулированная диффузия, благодаря которой легируется слой, толщина которого во много раз превышает глубину начального проникновения ионов. Механические свойства и износостойкость модифицированных таким способом поверхностных слоев повышаются также и в результате искажений кристаллической решетки, возникающих при «вбивании» в нее ионов легирующего компонента.
Ионные методы нанесения покрытий осуществляются с участием как физических (состав наносимого материала не изменяется), так и химических процессов (образуются новые соединения). При таких методах, именуемых реактивными, происходят плазмохимические реакции с ионами рабочего газа или специально вводимых в камеру добавок. Таким образом можно получать покрытия из самых разнообразных материалов и в самых невероятных комбинациях. Освоено получение чистых металлов, карбидов, нитридов, силицидов, халькогенидов, оксидов и т. п. Можно получать покрытия сложного состава (например, оксикарбиды), многослойные или переменного по толщине состава.
Разработаны методы нанесения алмазоподобных пленок с очень высокой твердостью. Образование покрытий при использовании реактивных (плазмохимических) процессов происходит в неравновесных условиях. Благодаря этому в тонких слоях могут образовываться химические соединения, по составу, структуре и свойствам сильно отличающиеся от наблюдаемых для объемных материалов (получаемых в условиях, близких к равновесным).
Ряд разработанных методов ионного нанесения покрытий уже находит применение в промышленности. Успешно используется ионное азотирование. Стойкость неперетачиваемого инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов, а также штампового инструмента и оснастки повышается в несколько раз при ионном реактивном нанесении тонких слоев (до 10 мкм) некоторых тугоплавких веществ (карбидов, нитридов, оксидов, оксикарбидов). Высокими антифрикционными свойствами обладают покрытия из MoS2 без связующего, наносимые с помощью катодного распыления.
REFERENCES
1. Ramazonovich, N. F., Anvarovich, M. A., Marifovich, T. A., Muminaliyevich, U. J., & Toshpulatovich, P. S. (2021). Resource-saving manufacturing technologies and thermal hardening of machine parts and tool. International Journal of Mechatronics and Applied Mechanics (IJOMAM), (9), 137-145.
2. угли Гайратов, Жасурбек Гайратжон. "Влияние Роликовой Конструкции На Качество Поверхностного Слоя Цилиндрической Конструкции При Деформации." Барцарорлик ва Етакчи Тадцицотлар онлайн илмий журнали 1.6 (2021): 502-511.
3. Домуладжанов, И. Х., Холмирзаев, Ю. М., Тешабаев, А. М., & Бояринова, В. Г.
(2020). Экология и охрана окружающей среды. Застройка города Кувасая. Universum: технические науки, (4-1 (73)), 5-8.
4. угли Гайратов, Ж. Г. (2021). Влияние Роликовой Конструкции На Качество Поверхностного Слоя Цилиндрической Конструкции При Деформации. Барцарорлик ва Етакчи Тадцицотлар онлайн илмий журнали, 1(6), 502-511.
5. Рубидинов, Ш. F. У. (2021). Бикрлиги паст валларга совук ишлов бериш усули. Scientific progress, 1(6), 413-417.
6. Тешабоев, А. Э., Рубидинов, Ш. F. У., Назаров, А. F. У., & Fайратов, Ж. F. У.
(2021). Машинасозликда юза тозалигини назоратини автоматлаш. Scientific progress, 1(5).
7. Nomanjonov, S., Rustamov, M., Rubidinov, S., & Akramov, M. (2019). STAMP DESIGN. Экономика и социум, (12), 101-104.
8. Fayzimatov, S., & Rubidinov, S. (2021). Determination of the bending stiffness of thin-walled shafts by the experimental methodological method due to the formation of internal stresses. International Engineering Journal For Research & Development, 6(2), 5-5.
9. Qosimova, Z. M. (2021). Influence of The Design of The Rolling Roller on The Quality of The Surface Layer During Plastic Deformation on the Workpiece.
10. Рубидинов, Ш. F. У., & Акбаров, К. И. У. (2021). Машинасозликда сочилувчан материалларни ташишда транспортер тизимларининг ахдмияти. Scientific progress, 2(2), 182-187.
11. Рубидинов, Ш. F. У., & Fайратов, Ж. F. У. (2021). Штампларни таъмирлашда замонавий технология хромлаш усулидан фойдаланиш. Scientific progress, 2(5), 469-473.
12. Юлчиева, С. Б., Мухамедбаева, З. А., Негматова, К. С., Мадаминов, Б. М., & Рубидинов, Ш. Г. У. (2021). Изучение физико-химических свойств порфиритовых жидкостекольных композиций в агрессивной среде. Universum: технические науки, (8-1 (89)), 90-94.
13. Рубидинов, Ш. Г. У., & Гайратов, Ж. Г. У. (2021). Куп операцияли фрезалаб ишлов бериш марказининг тана деталларига ишлов беришдаги унумдорлигини тахлили. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 1(9), 759-765.
14. Akramov, M., Rubidinov, S., & Dumanov, R. (2021). METALL YUZASINI KOROZIYABARDO SH QOPLAMALAR BILAN QOPLASHDA KIMYOVIY-TERMIK ISHLOV BERISH AHAMIYATI. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 1(10), 494-501.
15. Юлчиева, С. Б., Негматов, С. С., Негматова, К. С., Мамуров, Э. Т., Мадаминов, Б. М., & Рубидинов, Ш. Г. У. (2021). ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ДОБАВЛЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ ДОБАВОК. Universum: технические науки, (10-1 (91)), 48-52.
16. Тураев, Т. Т., Топволдиев, А. A., Рубидинов, Ш. F., & Жайратов, Ж. F. (2021). ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 1(11), 124-132.
17. Мадаминов, Б. М., Юлчиева, С. Б., Негматова, К. С., Кучкаров, У. К., Рубидинов, Ш. Г. У., Негматов, С. С., ... & Мамуров, Э. Т. (2021). АНТИКОРРОЗИОННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Universum: технические науки, (10-3 (91)), 61-66.
18. Рубидинов, Ш. F. У., Еайратов, Ж. F. У., & Райимжонов, К. Р. У. (2021). ИЗНОСОСТОЙКИЕ МЕТАЛЛОПОДОБНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Scientific progress, 2(8), 441-448.
19. Косимова, З., Акрамов, М., Рубидинов, Ш., Омонов, А., Олимов, А., & Юнусов, М. (2021). ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫБОРА ЗАГОТОВКИ. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 1(11), 418-426.
20. Рубидинов, Ш. F. У., Косимова, З. М., Fайратов, Ж. F. У., & Акрамов, М. М. У. (2022). МАТЕРИАЛЫ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЭРОЗИОННЫЙ ИЗНОС. Scientific progress, 3(1), 480-486.
21. Рубидинов, Ш. F. У., & Раимжонов, К. Р. У. (2022). ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ И ШЕРОХОВАТОСТИ ДОПУСКОВ ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ ХИМИЧКЕ-ТЕРМИЧЕСКИЙ ОБРАБОТКИ БОРИРОВАНИЯ. Scientific progress, 3(1), 34-40.
21. Мадаминов, Б. М., Юлчиева, С. Б., Негматова, К. С., Кучкаров, У. К., Рубидинов, Ш. Г., & Негматов, С. С. АНТИКОРРОЗИОНАЯ ПОРФИРИТОВАЯ
КОМПОЗИЦИЯ С УПРОЧНЕННОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ompozitsion, 43.
22. Юсупов, С. М., Fайратов, Ж. F. У., Назаров, А. F. У., & Юсуфжонов, О. F. У. (2021). Компазицион материалларни борлаш. Scientific progress, 1(4).
23. Юсуфжонов, О. F., & Fайратов, Ж. F. (2021). Штамплаш жараёнида ишчи юзаларни ейилишга бардошлилигини оширишда мойлашни ахдмияти. Scientific progress, 1(6), 962-966.
24. Ramazonovich N. F. et al. Resource-saving manufacturing technologies and thermal hardening of machine parts and tool //International Journal of Mechatronics and Applied Mechanics (IJOMAM). - 2021. - №. 9. - С. 137-145.
25. Домуладжанов И. Х. и др. Экология и охрана окружающей среды. Застройка города Кувасая //Universum: технические науки. - 2020. - №. 4-1 (73). - С. 5-8.
26. угли Fайратов Ж. Г. и др. Влияние Роликовой Конструкции На Качество Поверхностного Слоя Цилиндрической Конструкции При Деформации //Баркарорлик ва Етакчи Тадкикотлар онлайн илмий журнали. - 2021. - Т. 1. - №. 6. - С. 502-511.
27. Рубидинов Ш. F. У., Fайратов Ж. F. У. Штампларни таъмирлашда замонавий технология хромлаш усулидан фойдаланиш //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. -№. 5. - С. 469-473.
28. Рубидинов Ш. Г. У., Fайратов Ж. Г. У. Куп операцияли фрезалаб ишлов бериш марказининг тана деталларига ишлов беришдаги унумдорлигини тахлили //Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences. - 2021. - Т. 1. - №. 9. - С. 759-765.
29. Рубидинов Ш. F. У. и др. МАТЕРИАЛЫ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЭРОЗИОННЫЙ ИЗНОС //Scientific progress. - 2022. - Т. 3. - №. 1.
- с. 480-486.
30. Рубидинов Ш. F. У., Раимжонов К Р. У. ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ И ШЕРОХОВАТОСТИ ДОПУСКОВ ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ ХИМИЧКЕ-ТЕРМИЧЕСКИЙ ОБРАБОТКИ БОРИРОВАНИЯ //Scientific progress.
- 2022. - Т. 3. - №. 1. - С. 34-40.
