Напыление плёнок из карбида титана с помощью дуальной магнетронной распылительной системы
Напыление плёнок из карбида титана с помощью дуальной магнетронной распылительной системы. В процессе исследования были получены данные о влиянии мощности магнетрона на структурные и функциональные свойства карбида титана. Были определены оптимальные режимы для получения карбида титана с составом, наиболее близким к стехиометрическому.
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 12
1 износостойкое покрытие TiС ………………………………………………………………… 15
1.1 Свойства и применение пленок на основе TiС …………………………………….. 15
1.2 Методы получения пленок TiС …………………………………………………………… 16
1.2.1 Химическое осаждение ………………………………………………………………….. 17
1.2.2 Реактивное распыление …………………………………………………………………. 20
1.2.3 Вакуумно-дуговое испарение ………………………………………………………… 22
1.2.4 Принцип работы магнетронного распыления …………………………………. 26
1.2.5 Высокочастотное магнетронное распыление ………………………………….. 29
1.2.6 Принцип работы дуальной магнетронной системы ………………………… 32
2 Экспериментальное оборудование ………………………………………………………… 36
2.1 Схема вакуумной установки ……………………………………………………………….. 36
2.2 Полировально-шлифовальны машины ……………………………………………………. 37
2.3 Измерение толщины покрытий……………………………………………………………….. 38
2.4 Рентгеноструктурный анализ (X-Ray Diffraction) ………………………………… 40
2.5 Измерение физико-механических характеристик ………………………………… 41
2.6 Измерение трибологических характеристик ………………………………………… 43
3 Осаждение плёнок карбида титана …………………………………………………………….. 45
3.1 Методика эксперимента …………………………………………………………………………. 46
3.2 Скорость осаждения покрытий ……………………………………………………………….. 48
3.3 Определение фазового состава ……………………………………………………………….. 50
3.4 Твёрдость и модуль упругости ……………………………………………………………….. 51
3.5 Трибологические характеристики покрытия …………………………………………… 53
3.6 Морфология поверхности ………………………………………………………………………. 55
Выводы ……………………………………………………………………………………………………….. 57
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ …………………………………………………………………….. 58
4.1 Анализ потенциальных потребителей и конкурентных технических решений
……………………………………………………………………………………………………………………. 58
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………… 58
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………………. 59
4.2 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………… 61
4.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………………….. 63
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом ………………………. 65
4.4 Бюджет научного исследования ……………………………………………………………… 67
4.4.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты. …………………. 68
4.4.2 Контрагентные расходы …………………………………………………………………… 68
4.4.3 Расчет амортизационных расходов …………………………………………………… 69
4.5 Основная заработная плата …………………………………………………………………….. 69
4.6 Отчисления на социальные нужды …………………………………………………………. 72
4.7 Накладные расходы………………………………………………………………………………… 72
4.8 Реестр рисков проекта ……………………………………………………………………………. 75
4.9 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………………… 75
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………….. 80
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности………….. 80
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства ……………………………………………………………… 80
5.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны исследователя
……………………………………………………………………………………………………………………. 81
5.3 Производственная безопасность……………………………………………………………… 83
5.4 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………………………… 84
5.4.1 Отклонение показателей микроклимата в закрытом помещении …………… 84
5.4.2 Отсутствие естественного света …………………………………………………………… 86
5.4.3 Расчёт светильников и их размещение …………………………………………………. 86
5.4.4 Повышенный уровень электромагнитного излучения …………………………… 89
5.4.5 Повышенный уровень шума ………………………………………………………………… 90
5.4.6 Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание
которой может произойти через тело человека …………………………………………….. 91
5.5 Экологическая безопасность …………………………………………………………………… 93
5.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………… 95
Заключение по разделу «Социальная ответственность» ……………………………….. 99
Список используемой литературы ……………………………………………………………… 100
Приложение A ………………………………………………………………………………………….. 104
Большинство отказов машин вызвано не переломами, а износом и
повреждением поверхностей трения в динамических соединениях. В настоящее
время существует множество передовых методов улучшения качества
поверхности, таких как цементация, азотирование и нитроцементация. В общем,
чем тверже материал, тем больше хрупкость. Исследователи пытаются найти
идеальный материал, который обладает как высокой твердостью, так и высокой
термической и изгибной прочностью. Методы обработки, такие как фрезерование,
токарная обработка, электроэрозионная обработка и гальваника, изменяют
структуру и физико-механические характеристики поверхностных слоев. В
последнее время технологии модификации поверхности быстро развиваются и
применяются для создания твердой поверхности, сохраняя при этом гибкость
подложки. Одним из таких методов является нанесение покрытия на поверхность с
высокой твердостью и малым коэффициентом истирания на материалы с высокой
прочностью на изгиб.
Рынок режущего инструмента России интенсивно заполняется продукцией
ведущих инструментальных фирм, предлагающих различные марки
инструментальных материалов, которые отличаются, в том числе, различными
износостойкими покрытиями.
Покрытие, нанесенное на инструмент должно обеспечивать хорошую
твердость и стойкость, для того чтобы в течение длительного времени сохранять
его режущие свойства. Покрывать можно инструмент любой геометрической
сложности.
В настоящее время примерно 75% в мире режущего инструмента
изготавливается из твердого сплава, так как материал режущей части инструмента,
как правило, очень хрупкий [1].
Изобретение относится к составам и способам получения износостойких
покрытий для защиты от изнашивания и может быть использовано в парах трения
в машиностроении, металлообработке и нефтедобыче.
Нанесение покрытий может существенно повысить надежность и
работоспособность изделий, что повсеместно практикуется на сегодняшний день.
Износ изделий, работающих в условиях трения, является многопараметрической
характеристикой, которая определяется видом изнашивания (механическое,
молекулярно-механическое, коррозионно-механическое и др.); видом трения,
реализующимся в паре (трение качения, скольжения и т.д.); наличием в зоне
контакта трущихся деталей абразивных частиц; термическими условиями трения и
прикладываемой нагрузкой (как ее величиной, так и условиями приложения – будет
ли она постоянна или знакопеременна). С учетом этого факта появляется
потребность создания таких защитных покрытий, которые будут обладать
спектром свойств, позволяющим им эффективно работать в меняющихся условиях
внешнего воздействия, меняя свои характеристики, то есть проявляя возможность
адаптации.
В связи с этим цель данной работы заключается в получении исследовании
влияния мощности магнетрона на структурные и функциональные свойства
карбида титана.
Задачи на ВКР:
1. Получение износостойкого покрытия TiС методом магнетронного
распыления с использованием раздельных катодов Ti и С;
2. Измерение толщины получаемого слоя;
3. Определение твердости и модуля упругости;
4. Определение фазового состава;
5. Определение коэффициента трения и износа;
6. Определение морфологии поверхности.
Объект исследования – процесс осаждения износостойкого покрытия –
карбида титана, а предмет исследования – влияние мощности магнетрона на
структурные и функциональные свойства карбида титана.
Практическая значимость работы.
1. Показано, что дуальная магнетронная распылительная система, является
хорошим альтернативным решением для осаждения износостойкого покрытия
карбида титана.
2. Выявлено, что с увеличением мощности на титановой мишени,
увеличиваются значения твёрдости и модуля упругости и уменьшаются значения
коэффициента трения и износа.
Научные положения, выносимые на защиту:
Соотношение мощностей разряда на мишенях C и Ti оказывают
значительное влияние на свойства покрытий из карбида титана. Наибольшими
значениями твёрдости (25 ГПа), модуля упругости (250 ГПа), и наименьшими
значениями площади износа (100 кв.мкм), коэффициента трения (0,25) обладают
плёнки полученные при соотношении 5/6,5 кВт на С и Ti соответственно.
ОТВЕТСТВЕННОСТЬ»
Данная работа предполагает взаимодействие с вакуумной установкой,
источниками высокого напряжения и взрывоопасными газами. Результаты данного
раздела содержат в себе основные рекомендации и указания, которые следует
выполнять при исследовании процесса осаждения углеродных покрытий в среде
газа – аргона, выделены опасные и вредные производственные факторы, а также
существующие средства и методы защиты, описаны организационные и
технические мероприятия, проводимые перед началом работы. Данные указания
возможно в дальнейшем использовать не только при получении покрытий в
рабочем газе – аргоне, но также и в других газах, либо в их смесях.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (174 отзыва)
4.9 (20 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.6 (30 отзывов)
