Разработка технологических мероприятий по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих 3D-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента

• Автор: Дружков, Станислав Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 195 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Условные обозначения
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования
1.1 Актуальность применения износостойких наноструктурированных покрытий при производстве
металлорежущего инструмента
1.2 Магнетронный метод нанесения упрочняющих покрытий
1.3 Проблема количественной оценки качественных
характеристик производственных процессов
1.4 Современные подходы к математическому описанию процессов ионно-плазменного
синтеза упрочняющих покрытий .
1.4.1 Генерация разрядов в газах при низком давлении
1.4.2 Теория подобия газовых разрядов
1.4.3 Процессы ионно-плазменного напыления
1.5 Выводы по главе. Постановка цели и задач исследования
Глава 2. Аналитические исследования рабочего процесса
в магнетронных распылительных системах..'
2.1 Формализация влияния технологических условий осуществления процесса магнетронного распыления
на формирование давления газа в вакуумной камере
2.2 Вывод аналитической зависимости скорости
напыления от давления газа в вакуумной камере
2.3 Выводы по главе
Глава 3. Экспериментальные исследования рабочего процесса
в магнетронных распылительных системах
3.1 Методика экспериментальных исследований,
используемое оборудование и материалы

3.1.1 Методика исследований
3.1.2 Используемое оборудование
3.1.3 Используемые материалы
3.2 Экспериментальные исследования влияния качественных условий процесса магнетронного напыления
на формирование давления газа в вакуумной камере
3.3 Экспериментальное исследование зависимости определяющих параметров скорости процесса напыления
от давления газа в вакуумной камере
3.3.1 Экспериментальное исследование зависимости коэффициента распыления от давления газа
в вакуумной камере
3.3.2 Экспериментальное исследование зависимости плотности ионного тока от давления газа
в вакуумной камере
3.3.3 Экспериментальное исследование взаимосвязи производительности процесса напыления с величиной
давления газа в вакуумной камере
3.4 Выводы по главе
Глава 4. Параметрическая оптимизация давления газа в
процессе напыления по скорости осаждения покрытия
4.1 Параметрическая оптимизация давления газа в вакуумной камере по симплексу скорости осаждения покрытия с учётом конкретных условий процесса магнетронного напыления
4.2 Практическая проверка результативности
выполненных оптимизационных мероприятий
4.3 Формирование программного модуля параметрической оптимизации давления газа в различных условиях реализации процессов ионно-плазменного магнетронного
синтеза упрочняющих покрытий
4.4 Выводы по главе
Общие выводы
Список использованных источников
Приложение А «Проверка модели качества плазменной
среды»
Приложение Б «Протоколы автоматической фиксации
режимных параметров магнетронной установки «Unicoat 400»
Приложение В «Статистическая обработка экспериментальных
данных в программной среде Microsoft Excel»
Приложение Г «Результаты работ в программной
среде MathCAD»
Приложение Д «Акты внедрения результатов работы»

к — постоянная Больцмана, выражающая соотношение между единицей энергии и единицей температуры; к — 1,38066-10-23 Дж/К. ,
Из этой формулы следует, что абсолютная температура идеального газа пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения, приходящейся на одну молекулу газа.
Кинетическая энергия частиц в плазменных процессах играет определяющую роль. Процесс передачи энергии в плазме происходит посредствам столкновений ионов и электронов, заряженных от внешнего источника энергии. Однако по причине различия масс (массы электрона те и иона т„ соотносятся как 1 : 1840) электрон, согласно закону сохранения энергии, при столкновении способен передать иону лишь 2-10-3 часть своей энергии. Именно поэтому электроны, ионы и нейтральные атомы плазмы газового разряда имеют различные значения средней кинетической энергии беспорядочного теплового движения: электроны, как правило, обладают гораздо более высокими энергиями, чем ионы, а кинетическая энергия ионов может превышать энергию нейтральных атомов и молекул.
Следовательно, плазма представляет собой смесь компонент с различными температурами:
- температурой электронов Те;
- температурой ионов Т„ ;
- температурой нейтральных частиц Г0.
Обычно данные температуры соотносятся следующим образом:
Те » Ти > Т0. (1.4)
Таким образом, существенная разница в массах электронов и ионов обуславливает большое различие между их температурами, в связи с этим плазма газового разряда является в термическом отношении неравновесной.
В работах по физике вакуума С. Дэшмана, Г. Хасса, Королева Б. И., ЛанисаВ. А., ВорончеваТ. А [27-31] в качестве основных параметров, характеризующих систему, приводят давление р, длину свободного пробега X, и количество молекул в единице объема остаточных газов п. При этом, как правило, считают, что давление, при котором длина свободного пробега удовлетворяет