Технологические способы вакуумно-плазменной обработки изделий для увеличения адгезии износостойких покрытий

В работе представлены экспериментальные результаты исследования комплексных технологических процессов получения износостойких нитридных покрытий, сочетающих вакуумно-дуговое напыление пленочных материалов данного типа с предварительной электронно-лучевой термической обработкой поверхности металлокерамических подложек. В работе дан анализ явлениям, происходящим как в области плазмы, так и процессам изменения функциональных характеристик исследуемых материалов. Представлены данные по измерениям микротвердости, износостойкости, а также приведены сопоставления по структуре и морфологии. Сравнивали физико-механические свойства двух видов покрытий, TiCuN и TiN, нанесённых на поверхность режущих пластин сплава ВК8. Исследования проводили с целью выявления механизмов усиления адгезии покрытий.

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………… 9
ГЛАВА 1. ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ НИТРИДА
ТИТАНА. ОПЫТ ПОЛУЧЕНИЯ И УВЕЛИЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК………………………………………………………………….. 11
1.1 Классификация износостойких покрытий………………………………. 11

1.2 Методы нанесения защитных покрытий на современный режущий
инструмент……………………………………………………………………… 12

1.3 Методы определения адгезии…………………………………………….. 14
1.4 Способ увеличения адгезионной прочности износостойких покрытий… 16
1.5 Импульсный высокотемпературный нагрев поверхности……………………. 19
1.6 Формирование наноструктур в пленках и их стабильность…………………. 20
1.7 Механические свойства нанокомпозитных покрытий ………………………… 21
1.8 Цель работы и пастоновка задачи………………………………………………………. 22
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………………………………………… 23
2.1 Конструкция плазменного источника электронов на основе дугового
разряда…………………………………………………………………………. 23
2.2 Экспериментальная установка для вакуумно – дугового нанесения
покрытий………………………………………………………………………………………………… 25
2.2.1 Параметры катодов испарителя для получения покрытий…………… 29
2.3 Методика формирования покрытий …………………………………………………… 31
2.4 Методы исследования поверхности материалов…………………………………. 33
2.4.1 Определение толщины покрытий методом калотест………………………… 33
2.4.2 Методики определения адгезии материалов…………………………… 35
2.4.3 Методики определения твердости материалов…………………………………. 38
2.4.4 Количественный металлографический анализ………………………………….. 41
2.4.5 Методика измерения износостойкости покрытий…………………………….. 41
2.4.6 Фазовый анализ………………………………………………………………………………. 42
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СПОСОБОВ И ПРОЦЕССОВ ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЕ УПРОЧНЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ…………………………………… 44
3.1 Влияние импульсного высокотемпературного нагрева на структуру
образцов из твердого сплава ВК – 8……………………………………………………….. 44
3.1.1 Влияние импульсного высокотемпературного нагрев на твердость
образцов…………………………………………………………………………………………………. 45
3.1.2 Рентгеноструктурный анализ…………………………………………… 47
3.2 Формирование покрытия…………………………………………………………………… 47
3.2.1 Определение фазового состава……………………………………………………….. 49
3.2.2 Влияние вакуумно дуговой обработки на поверхностную твердость 49
образцов…………………………………………………………………………………………………
3.2.3 Влияние комбинированной обработки на износостойкость TiN
покрытий………………………………………………………………………. 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………………. 54
ГЛАВА 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ………………………………………………………………………………… 57
4.1 Предпроектный анализ. Потенциальные потребители результатов
исследования………………………………………………………………………………………….. 57
4.1.1Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения………………………………………….. 58
4.1.2 SWOT-анализ…………………………………………………………………………………. 60
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации……………………………. 63
4.1.4Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………………………….. 64
4.2 Инициация проекта……………………………………………………………………………. 64
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом………………….. 66
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта………………………………………….. 66
4.3.2 План проекта………………………………………………………………………………….. 67
4.3.3 Бюджет научного исследования………………………………………………………. 71
4.3.4 Матрица ответственности……………………………………………………………….. 73
4.3.5 Реестр рисков проекта…………………………………………………………………….. 74
4.3.6 Оценка сравнительной эффективности исследования………………………. 75
Вывод к пятому разделу………………………………………………………………………….. 77
ГЛАВА 5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ…………………………………… 79
5.1Анализ выявленных вредных факторов проектируемой
производственной среды…………………………………………………………………………. 80
5.1.1 Микроклимат………………………………………………………………………………….. 82
5.1.2 Вредные вещества…………………………………………………………………………… 83
5.1.3 Производственный шум………………………………………………………………….. 84
5.1.4 Освещенность………………………………………………………………………………… 85
5.2 Электробезопасность………………………………………………………………………… 86
5.3 Факторы пожарной и взрывной природы…………………………………………… 88
5.4 Экологическая безопасность…………………………………………………………….. 91
5.4.1Анализ влияния технологического процесса на окружающую
среду……………………………………………………………………………………………………… 91
5.4.2 Меры по снижению вредных воздействий на окружающую среду……. 92
5.5 Безопасность в чрезвычайных аварийных ситуациях………………………….. 92
5.6 Организационно – правовые вопросы обеспечения безопасности……….. 94
5.6.1 Правовые нормы трудового законадательства…………………………………. 94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………….. 95
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА…………………………………………………… 98
ПРИЛОЖЕНИЕ А…………………………………………………………………………………… 99

1.Штанский Д.В., Кулинич С.А., Левашов Е.А., Moore J.J.
Особенности структуры и физико-механических свойств наноструктурных
тонких плёнок // Физика твёрдого тела. – 2003. – Т.45, вып.6. – С.1122 – 1129
2.Тарбоков В.А., Ремнев Г.Е. Увеличение адгезии TiN покрытия на
твердосплавноминструменте,предварительнообработанноммощным
ионным пучком. // ФХОМ. – 2003. – №6. – С. 40-43.
3.Иванов Ю.Ф., Панин В.Е., Теплоухов В.Л., Клыков О.А.
Поверхностное модифицирование металлов и металлических покрытий
путемвысокоэнергетическихвоздействий//ИзвестияВУЗов.Черная
металлургия. – 1990. – №10. – С.88-89.
4.Rotshtein V.P., Markov A.B., Ivanov Yu.F., Karlik K.V., Uglov B.V.,
Kuleshov A.K., Novitskaya M.V., Dub S.N., Pauleau Y., Thiery F., Shulepov I.A.
Pulsed Electron-Beams Melting of Cu-Steel 316 System: Evolution of Chemical
Composition and Properties// Proc. 7th Intern. Conf. on Modification of Materials
with Particle Beams and Plasma Flows. – Tomsk. – 2004. – P.258-262.
5. J.Musil, J.Vlcek. Physical and mechanical properties of hard
nanocomposite films prepared by magnetron sputtering.//Oral Session 5. Coating
deposition, p.393-398.
6.Погребняк А.Д., Шпак А.П., Азаренков Н.А., Береснев В.М.
Структура и свойства твёрдых и сверхтвёрдых нанокомпозитных покрытий//
Успехи физических наук. – 2009. – Т.179. – №1. – С.35 – 64.
7. J.Musil. Hard and superhard nanocomposite coatings. // Surface and
Coating Technology 125 (2000) 322-330.
8.БарвинокВ.А.,БогдановичВ.И.Физическиеосновыи
математическое моделирование процессов вакуумного ионно – плазменного
напыления / М.: Машиностроение , 1999. – 309с.
9.ШиряевС.А.,АтомановМ.В.,ГусеваМ.И.Получение
композитных покрытий магнетронным распылением. // ФХОМ. – 2002. – №3.
– С.33 – 37
10.Погребняк А.Д., Василюк В.В., Алонцева Д.Л., Кравченко Ю.А.,
Рузимов Ш.М., Тюрин Ю.Н. Структура и свойства покрытий из никелевого
сплава после плавления электронным пучком. // Письма в ЖТФ, 2004, том 30,
вып. 4, С. 78-86
11.Крапошин В. С. Термическая обработка стали сплавов с
применением лазерного луча и прочих прогрессивных видов нагрева // Итоги
науки и техн. Сер. Металловед. и терм. обраб. / ВИНИТИ. – 1987. – 21. – С.
144 – 206.
12.Поболь И. Л. Электронно-лучевая термообработка металлических
материалов // Итоги науки и техн. Сер. Металловед. и терм. обраб. /
ВИНИТИ. – 19890. – 24. – С. 99 – 162
13.Ягодкин Ю. Д. Ионно-лучевая обработка металлов и сплавов //
Итоги науки и техн. Сер. Металловед. и терм. обраб. / ВИНИТИ. – 1990. – 24.
– С. 167 – 214
14.Металлообрабатывающийтвердосплавныйинструмент:
Справочник/ В.С. Самойлов, Э.Ф. Эйхманс, В.А. Фальковский и др.– М.:
Машиностроение, 1988.– 368 с.
15.Савицкая Л.К. Методы рентгеноструктурных исследований / Л.К.
Савицкая. – Томск: Томский государственный университет, 2003. –258с.
16.Ю.А.Геллер,А.Г.Рахштадт.Материаловедение.//М.:
«Металлургия», 1989. – 455 с.
17.Избранные методы исследования в металловедении // М:
Металлургия, 1985. – 416с.
18.Коваль Н. Н., Девятков В. Н., Григорьев С. В., Сочугов Н. С.,
Плазменный источник электронов “СОЛО”//Труды II Международного
19.Крейнделевского семинара, 17 – 24 июня, 2006, Улан Удэ:
Бурятский НЦ СО РАН , с. 79-85
20.Арзамасов, В. Н. Химико-термическая обработка металлов в
активированных средах / В. Н. Арзамасов. – М. : Машиностроение, 1979. –
224 с.
21.Верхотуров, А. Д. Электродные материалы для электроискрового
легирования / А. Д. Верхотуров, И. М. Муха. – М. : Наука, 1988. – 224 с.
22.Ионная имплантация / под ред. Дж. К. Хирвонена. – М. :
Металлургия, 1985. – 392 с.
23.Коваленко, В. С. Лазерное и электроискровое упрочнение
материалов / В. С. Коваленко, А. Д. Верхотуров. – М. :- Наука, 1986. – 276 с.
24.Колосветов, Ю. П. Борирование карбидных составляющих
твердосплавного режущего инструмента / Ю. П. Колосветов, Б. С.
Невроцкий, Г. Л. Жунковский // Порошковая металлургия. – 1972. № 12. – С.
84 -86.
25.62. Комаров, Ф. Ф. Ионная имплантация в металлы / Ф. Ф.
Комаров. М. : Металлургия, 1990. 216 с.
26.Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / П. А.
Леонтьев, Н. Т. Чеканова, М. Г. Хан. – М.: Металлургия, 1986. – 142 с.
27.Лахтин, Ю. М. Металловедение и термическая обработка
металлов / Ю. М.Лахтин. – М. : Металлургия, 1983 . – 360 с.
28.Лахтин, Ю. М. Химико-термическая обработка металлов / Ю. М.
Лахтин, В.Н. Арзамасов. – М. : Металлургия, 1984. – 256 с.
29.Марков,Г.В.Оптимизацияструктурыизносостойких
двухслойных покрытий TiC-TiN / Г. В. Марков, А. А. Миневич //
Высокоэффективное оборудование и технологические процессы упрочнения
режущего инструмента и деталей машин: тез докл. – Минск, 1990. – С. 94.
Список публикаций студента