Формирование поверхностной структуры конструкционных материалов под воздействием газовой и металлической плазмы в процессе вакуумной ионно-плазменной обработки

• Автор: Иванчук, Светлана Борисовна
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 192 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава I Состояние вопроса

1.1. Развитие методов и оборудования для вакуумной ионно

плазменной обработки поверхности конструкционных материалов авиационной техники

1.1.1. Вакуумная ионноилазменная комплексная обработка поверхности.

1.1.2. Формирование многокомпонентных покрытий .

1.1.3. Формирование многослойных покрытий.

1.1.4. Вакуумное ионноплазменное оборудование

1.2. Вакуумные ионноплазменные технологии.

1.2.1. Влияние технологических параметров на процесс формирования покрытий.

1.2.2. Вакуумные ионноплазменные покрытия различного служебного назначения.
1.3. Контроль качества покрытий
1.4. Заключение по литературному обзору и постановка задачи
исследования
Глава II Объекты и методы исследования.
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы исследования.
2.2.1. Метод измерения контактной разности потенциалов .
2.2.2. Методы рентгеноструктурного анализа
2.2.3. Методика измерения остаточных напряжений.
2.2.4. Методика измерения микротвердости тонких
покрытий
2.2.5. Рентгеновский метод определения толщины покрытия
2.2.6. Химический анализ по глубине состава покрытия и
ПОДЛОЖКИ уд
2.2.7. Метод исследования поверхности растровым и туннельным микроскопами.
Глава III Исследование поверхностных структур конструкционных материалов, формирующихся под воздействием газовой и металлической плазмы
3.1. Разработка метода оценки состояния поверхностного слоя металлов при вакуумной ионноплазменной обработке
3.2. Исследование изменения свойств поверхностного слоя
металла после воздействия на него газовой плазмы
3.3. Исследование изменения свойств поверхностного слоя
металла после воздействия на него металлической плазмы.
3.4. Исследование изменения поверхностных свойств барьерных оксидных слоев металла при активирующем нагреве газовой плазмой.
3.5. Исследование поверхностных структуры и свойств металлов
при конденсации на не металлической плазмы
Глава IV Исследование равномерности распределения газовой и
металлической плазмы в рабочем объеме вакуумных
установок
4.1. Формирование металлической плазмы электродуговыми серийными испарителями в рабочем объеме установки
ннв6.6
4.1.1. Распределение плазмы в зависимости от схемы
размещения испарителей
4.1.2. Исследование процесса формирования капельной фазы под влиянием токовых характеристик, сепарации, остаточного давления, материала катода, управления
перемещением катодного пятна.
4.2. Формирование газовой плазмы в рабочем объеме установки
ннв6.6.
Глава V Разработка универсальной вакуумной ионноплазменной
установки для поверхностной обработки деталей
авиационной техники.
5.1. Оптимизация параметров осуществления технологических процессов модифицирования и нанесения покрытий и разработка принципиальной компоновочной схемы
установки для их осуществления
5.2. Универсальная вакуумная ионноплазменная установка
нового поколения для обработки деталей авиационной
техники .
Выводы по работе.
Список литературы


Наиболее эффективными современными направлениями развития методов формирования покрытий и модифицирования поверхности являются 1 комплексные комбинированные методы нанесения покрытий в сочетании с ионным азотированием или ионной имплантацией 2 нанесение многокомпонентных покрытий, когда наряду с основным металлическим компонентом i, в состав покрытий вводят такие элементы как I, Сг, , , i 3 многослойные покрытия, в которых за счет использования
испарителей разного химического состава получают чередующиеся слои, толщина которых может варьироваться от нескольких до сотен нанометров, с создание градиентных и нанометрических структур. Вакуумная ионноплазменная комплексная обработка поверхности. Процессы вакуумной ионноплазменной обработки включают как процесс модифицирования поверхности, так и процесс создания внешних покрытий. Модифицирование поверхности может осуществляться как газовой, так металлической плазмой. Ионное насыщение газовой плазмой и О имеет самостоятельное значение для повышения износостойкости конструкционных материалов. Кроме того, эти процессы интересны для понимания процессов нанесения нитридных покрытий, поскольку, при этом происходит проникновение атомов азота в подповерхностные слои подложки и особенности этих процессов оказывают влияние на формирование межфазной границы раздела и, в конечном счете, на адгезию покрытий. Это особенно важно для комплексных технологий, когда стадии нанесения покрытий предшествует ионное азотирование . Показано, что увеличение концентрации азота в азотноводородной смеси от до приводит к образованию у 4 фазы, что приводит к увеличению твердости, но снижает адгезию покрытия i. При концентрации азота у фаза не образуется, однако увеличение времени азотирования более 1 часа существенно снижает адгезию i покрытия изза повышения уровня остаточных напряжений 0 МПа за 1 час до 0 МПа за 4 часа. Заметный интерес проявляется к процессам ионного газонасыщения кислородом или смесью кислорода с азотом. Для улучшения биосовместимости iсплавов и одновременно повышение трибологических свойств предложен процесс нанесения 3 мкм слоя чистого i с последующим насыщением кислородом. При этом образуется смесь ТЮг анатаз и субоксидов i7 и i6 твердость повышается до v . В работе исследовали влияние, последующей после напыления обработки, ионной имплантацией на трибологические свойства покрытий. Для обозначения такой обработки используют термин модификация поверхности iii . Покрытия толщиной 2, мкм облучали дозой 0, ионсм , энергия ионов в ионном имплантере варьировалась от до 0 кэВ. Показано, что в поверхности покрытия после имплантации при средних значениях дозы происходит частичная аморфизация структуры. В этих же слоях происходит увеличение параметра решетки и уменьшение остаточных напряжений. Микротвердость снижается в результате имплантации и тем больше, чем больше аморфизация поверхностного слоя. Износостойкость покрытий после имплантации
превышала исходную только при дозе 3x ионсм , при больших и меньших дозах износостойкость была ниже исходной. Отмечено, что для V покрытий ионная имплантация всегда дает положительный эффект. Для ионной имплантации характерно немонотонное влияние на свойства дозы облучения. Так в работе отмечена немонотонная зависимость износостойкости титанового сплава 4V от дозы имплантированных ионов 4. Скорость износа снижается в раза при дозе 2,5x ионсм2, затем резко увеличивается практически до исходного значения после дозы 5x ионсм2, снижается более, чем на порядок при дозах 1x ионсм2. При этом микротвердость Р0,1 Н монотонно повышается от 3,5 ГПа до 5,5 ГПа при дозе 5х 1 ионсм2. Содержание азота в поверхностных слоях оценивали методом обратного резерфордовского рассеяния. Авторы связывают высокие трибологические свойства ионно имплантированного i4V сплава с благоприятным сочетанием прочностных свойств азотированного подслоя и поверхностного слоя ТЮг , выступающего в роли смазки. При этом, положительный эффект от такого сочетания слоев реализуется при низких дозах облучения, когда концентрация азота в подслое не превышает 6 ат.