Комплексная технология улучшения физико-механических свойств поверхностей деталей ионной имплантацией с предварительным накатыванием

• Автор: Чуранкин, Вячеслав Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ причин износа поверхностей деталей агрегатов летательных аппаратов
1.2. Анализ традиционных технологических методов повышения триботехнических характеристик узлов трения
1.3. Аналитический обзор энергетических технологических методов
1.4. Анализ приведенных работ. Цели и задачи исследования
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА В РЕЗУЛЬТАТЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
2.1. Изменение элементного состава при ионной имплантации
2.2. Изменение структуры материала при ионной имплантации
2.3. Влияние ионной имплантации на эксплуатационные свойства. Обоснование выбора имплантируемых материалов
2.4. Теоретическое обоснование влияния топографии рельефа поверхности на изменение структуры материала по глубине
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ИСХОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ
3.1. Математическое моделирование контактного взаимодействия поверхностей
3.1.1. Определение перемещений и давлений па поверхности
3.1.2. Контактные задачи при формировании многоуровневого микрорельефа
3.2. Контактное взаимодействие реальных (шероховатых, волнистых) поверхностей
3.3. Моделирование процесса контактного взаимодействия деформирующего элемента с заготовкой методом конечных элементов в среде COSMOSWorks.
ГЛАВА 4 МЕТОДЫ И АППАРАТУРА ИССЛЕДОВАННИЙ
4.1. Установка на базе токарного станка HAAS TL-1 для упрочнения поверхностей образцов
4.2. Установка для ионной имплантации ННВ-6.6-И1 и её модернизация
4.3. Визуальное наблюдение микроструктуры материала детали на металлографическом микроскопе МЕТАМ PB-
4.4. Исследование микрорельефа поверхности с помощью сканирующего зондового микроскопа Solver Р47 (NT-MDT)
4.5. Исследование триботехнических характеристик материалов деталей
4.6. Исследование структуры имплантируемого материала приповерхностного слоя детали с помощью рентгеноструктурного анализа

4.7. Потенциостат и его применение для коррозионных исследований
ГЛАВА 5 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
5.1. Влияние обработки на изменение структуры материала
5.2. Влияние ионной имплантации на микротвердость
5.3. Анализ результатов измерений весового износа
5.4. Изменение эксплуатационных характеристик при комплексной обработке

5.5. Влияние обработки на шероховатость поверхности
5.6. Изменение коррозионной стойкости при обработке
5.7. Рекомендуемые технологические параметры комплексной обработки..
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящие время предъявляются высокие требования к эксплуатационным характеристикам, которые могут обеспечиваться применением новых технологий.
В современных условиях жесткой конкуренции машиностроительной продукции одним из основных критериев оценки качества машин является обеспечение ресурса и надежности при снижении материалоемкости.
Наиболее высоконагруженными элементами узлов и агрегатов летательных аппаратов являются мелкомодульные зубчатые колеса редукторов систем управления, шестерни шестеренных насосов качающего узла топливного агрегата, а также золотниковые пары топливно-регулирующего агрегата.
Актуальность работы заключается в том, что среди большого количества технологических методов воздействия на детали, подвергающиеся большим статическим и динамическим нагрузкам, наибольшее внимание исследователей привлекли методы поверхностно-пластического деформирования (ШЩ) и ионно-плазменной обработки. Большое количество исследований, выполненных в этой области, направлено на раздельное применение каждого из этих методов в зависимости от конкретных условий эксплуатации объектов. В последние два десятилетия наблюдается развитие известных и разработка новых технологических методов с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей авиационно-космической техники. Ионная имплантация, как один из технологических методов, позволяет устранить ряд проблем, связанных с изнашиванием поверхностей высоконагруженных деталей, в том числе и тех, которые работают в агрессивной среде.
В связи с этим повышение коррозионно-механических характеристик при высоком давлении и скорости потока перекачиваемой жидкости является одной из задач, решаемых технологическими методами, реализуемыми в условиях высокого вакуума при воздействии низкотемпературной плазмы на деталь.
Применение ионной имплантации взамен традиционно применяемых методов позволяет значительно сократить время обработки, исключить экологи-

многозарядными. Следует указать еще одну важную особенность взаимодействия иона с материалом. Более 90% энергии бомбардирующего иона трансформируется в тепловые колебания атомов материала, т.е. расходуется на разогрев обрабатываемого материала.
Рис. 2.1. Схема физических явлений, наблюдаемых при взаимодействии энергетического иона с материалами: Т, 3, 3° - бомбардирующий и обратно рассеянные ионы в различном зарядовом состоянии, А А~, ^“ — распыленные атомы в различном зарядовом состоянии, В - дефекты в материале, е~ -вторичные электроны, /гг - фотоны
Современные представления [92, 108, 110] дают следующую картину взаимодействия. Бомбардирующий ион внедряется в материал и на пути своего движения испытывает столкновения с ядрами атомов и электронами, как свободными, так и связанными. При этих столкновениях он теряет свою энергию Е0 и останавливается. Возможны два канала передачи ионом энергии обрабатываемому материалу: в упругих столкновениях с ядрами атомов и в неупругих — с электронами. Различие характера столкновений определяется примерным равенством масс иона и атома и существенным различием масс иона и электрона. Иначе говоря, энергетический ион испытывает в материале ядерное и электронное торможение.