Обоснование и реализация комбинированной механической и физико-химической обработки титановых деталей в ультразвуковом поле с учетом электроплазменного напыления композиционных покрытий

• Автор: Лясникова, Александра Владимировна
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 320 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ВЫСОКОПОРИСТЫХ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИНО- И
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
1.1. Особенности применения плазмонапыленных покрытий
1.2. Особенности формирования и регулирования свойств покрытий. Проблема адгезионной прочности высокопористых покрытий
1.3. Зависимость основных характеристик покрытий от режимов процесса напыления. Регулирование свойств плазмонапыленных покрытий
1.4. Основные способы управления физико-механическими свойствами плазмонапыленных покрытий
1.5. Постановка задач исследований и пути их решения
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ С АДГЕЗИОННОПРОЧНЫМИ ПОРИСТЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА НА ПРОЦЕССЫ ВОЗДУШНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВКИ,
НАПЫЛЕНИЯ И ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОКРЫТИЯ
2.1. Методы и схемы обработки поверхности деталей перед напылением
2.2. Модель формирования микрорельефа поверхности детали перед напылением воздушно-абразивной обработкой с воздействием ультразвука
2.3. Кинетика развития микрорельефа поверхности детали при физико-химическом

растравливании
2.4. Формирование структуры покрытия из элементов нанометрового диапазона при воздействии на поток напыляемых частиц фокусированного ультразвукового (

2.5. Снижение тока дуги плазмотрона при напылении покрытий на поверхность детали после ее воздушно-абразивной обработки с воздействием ультразвука
2.6. Формирование формы и размера деталей при ультразвуковой кавитационной

обработке поверхности по крытия
2.7. Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ПРОЦЕССЫ ВОЗДУШНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ И ИХ ФИНИШНОЙ
ОБРАБОТКИ
3.1. Методика и аппаратура
3.2. Исследование кинетики развития шероховатости поверхности титана при воздушно-абразивной обработке
3.3. Исследование особенностей воздушно-абразивной обработки титана
с воздействием ультразвука
3.4. Исследование кинетики развития шероховатости поверхности титана при ультразвуковом химическом травлении
3.5. Йсследованис особенностей плазменного напыления композиционных покрытий с

воздействием ультразвука на основу
3.6. Влияние метода обработки поверхности титановых деталей перед напылением на адгезионную прочность покрытий
3.7. Исследование размерной кавитационной обработки пористых покрытий,

полученных электроплазменным напылением
3.8. Выводы
ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И СПЕЦИАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕБУЕМЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
4.1. Технологические рекомендации по формированию микрорельефа поверхности детали перед электроплазменным напылением покрытия воздушно-абразивной обработкой с воздействием ультразвука
4.2. Технологические рекомендации увеличения параметров микрорельефа травлением титана в ультразвуковом иоле
4.3. Технологические рекомендации по электроплазменному напылению титана на поверхность, обработанную воздушно-абразивным методом с воздействием ультразвука
4.4. Технология и оборудование ультразвуковой кавитационной обработки пористых покрытий после их электроплазменного напыления
4.5. Технологии насыщения структуры композиционных покрытий на основе кальцийсодержащих керамик наночастицами серебра и лантана для последующего их использования в изделиях медицинского назначения
4.6. Составы композиционных покрытий, рекомендуемые для использования в медицинских целях (внутрикостные имплантаты)
4.7. Выводы
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Применение титановых плазмонапыленных покрытий с повышенной адгезией и пористостью в деталях электровакуумных приборов
5.2. Повышение стойкости металлического инструмента с режущими микронеровностями, полученными электроискровым нанесением
5.3. Применение внутрикостцых дентальных имплантатов с композиционными покрытиями
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Совершенствование технических систем различного назначения в современных условиях жесткой конкуренции и повышенных требований к точности, надежности, экологической безопасности, эргономичности и функциональности изделий невозможно без комплексного использования достижений в различных областях технических наук: теории резания, машиноведении, материаловедении. Развитие данных направлений также связано с созданием материалов со специальными свойствами и модифицированием их поверхности, расширением объема применения финишных процессов формообразования, в том числе с применением комбинированной механической и физико-химической обработки [181-183,280], где осуществляются нанотехнологические процессы взаимодействия. Часто проблемой широкого использования новых материалов и процессов в производстве являются различные требования к свойствам поверхности изделий и основному объему материала: материалы,
выполняющие требуемые функции, либо являются малопрочными, либо напротив, трудно поддаются размерной обработке, и обычно имеют значительную стоимость. Это относится к самому широкому классу изделий машино- и приборостроения: от элементов высокоточных опор и передач машин и приборов до изделий электровакуумного приборостроения и микроэлектроники, а также медицинской техники, обладающих весьма специфическими свойствами (эмиссионные, поглощение СВЧ-энергии, полупроводниковые, газодиффузионные, медико-биологические и т.п.).
Диссертационное исследование направлено на разработку комплекса методов комбинированной воздушно-абразивной и ультразвуковой обработки поверхности деталей машин, приборов и изделий медицинского назначения под последующее напыление, электроплазменного напыления композиционных высокопористых покрытий с повышенными пористостью и адгезией, а также их финишной кавитационной размерной обработки для обеспечения заданных

Движущей силой физико-химического взаимодействия, ведущего к прочному соединению частицы с подложкой, является давление в зоне контакта, возникающее из-за деформации частицы под действием ее кинетической энергии. Различают [66,67,89,90] два составляющих давления: напорное давление Рн и ударное или импульсивное Ру. Установлено [37,90,191, 292], что в первый момент соударения в месте контакта жидкая частица упруго деформируется (рис. 1.4). Только через промежуток времени ти=Ю'10 - 10’9 с в месте удара образуется тонкий плоский слой жидкости растекающейся частицы. Далее частица деформируется равномерно [196,199,215].
Диаметр пятна контакта с основой, соответствующей максимальному диаметру площадки действия ударного давления в момент времени, предшествующего растеканию частицы, определяется по формуле [200,202-204]:
Возникновение плоской площадки этого диаметра объясняется упругим сжатием частицы и давлением Ру, под действием которого во время ударного импульса жидкость интенсивно растекается по поверхности частицы. Ударное давление является следствием упругих волн сжатия, которые распространяются в частице, начиная с момента ее столкновения с подложкой.
Максимальное ударное давление определяется выражением [67,90,200]:
где ц -> 0 при малых скоростях соударения и р ~ 1 при Вг>100 м/с.
Напорное давление, исходя из кинетики деформации частицы, считается прилагаемым на участке поверхности подложки, близком по размеру к диаметру частицы до удара. Подложку обычно считают абсолютно жестким телом, а частицу идеальной жидкостью. В этом случае:
(1.2)
Р — —о С V ■ У 2 '' 3 г ’
(1.3)
(1.4)