Рассмотрены и классифицированы различные вакуумно-плазменные методы. Описаны техническое оборудование и оснастка для осаждения покрытий. Представлена технологическая структурно-функциональная схема. Приведены результаты исследований структуры, физико-механических и триботехнических свойств покрытий. Освещены тепловые процессы при нанесении покрытий и остаточные напряжения в них.

Разработана вакуумно-плазменная установка, предназначенная для получения алмазных и алмазоподобных пленок способом химического осаждения из газовой фазы с применением высокотемпературной плазменной струи. Показано, что осажденнные этим способом алмазоподобные пленки позволяют увеличить износостойкость твердосплавных пластин в 6 - 10 раз.

The characteristics of carbon layers such as the high hardness, thermal conductivity, low coefficient of friction, high wear resistance and chemical inertness make diamond like carbon, and nanocrystalline diamond coatings an attractive film material for cutting tools. In the present work, the behavior of hard carbon coating in cutting aluminum alloy has been investigated.

Ключ. слова: зносостійке покриття, різальний інструмент, карбонітрид титану, аморфний карбід кремнію
Індекс рубрикатора НБУВ: К722.536.017

Рубрики:

Нанесення покриттів на металорізальні інструменти

Шифр НБУВ: Ж28502 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Изучены состав и структура гетерофазных покрытий на твердом сплаве ВК8, полученных методами химического газофазного осаждения TiC с двойной магнитно-абразивной обработкой, электроискрового легирования композитом на основе TiCN - AlN, а также комбинацией этих методов. Сравнительные испытания износостойкости режущих пластин ВК8 с покрытиями при обработке чугуна марки СЧ20 показали наилучшие результаты для пластин с комбинированным покрытием TiC + (TiCN - AlN).

Для підвищення ресурсу різального інструменту запропоновано формувати на його поверхні зносостійкі покриття дискретної структури. Із метою забезпечення когезійної міцності покриття за розмір дискретної ділянки беруть крок тріщини покриття. Показано, що за умов контактного навантаження такі покриття дозволяють запобігти контактному руйнуванню завдяки зменшенню залишкових напружень.

Індекс рубрикатора НБУВ: К722.536.017

Рубрики:

Нанесення покриттів на металорізальні інструменти

Шифр НБУВ: Ж14768 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено науково-технічні засади автоматизації технології нанесення іонно-плазмових покрить для підвищення якості різального інструмента та ефективності його виробництва. Виконано класифікацію методів нанесення зносостійких покрить, виділено технологію конденсації у вакуумі на поверхні виробу речовини з плазмової фази з іонним бомбардуванням (КІБ) і досліджено проблеми автоматизації процесу нанесення іонно-плазмових покрить за даних умов. Формалізовано задачі керування технологією КІБ. Обгрунтовано критерії оцінювання її параметрів і методи контролю якості різального інструмента з покриттям у виробництві та експлуатації. Побудовано математичні моделі окремих етапів технології КІБ та здійснено експериментальну ідентифікацію їх параметрів. Виконано структурний синтез системи автоматизації технології нанесення іонно-плазмових покрить. Експериментально підтверджено ефективність структурного та параметричного синтезу автоматизованої системи керування.

Удосконалено математичну модель формування потоку плазми для утворення якісного покриття на деталях. Теоретично доведено залежність мікротвердості й адгезії покриттів від температури підкладки з урахуванням наноструктурного фактора. Розроблено модель розрахунку додаткового джерела іонізації. Із застосуванням запропонованої моделі вперше доведено можливість використання джерела магнетронного типу для додаткової іонізації реактивного газу та фокусування металевої плазми вакуумного дугового джерела. Розраховано технологічні параметри комбінованої технології. Досліджено взаємодію потоків плазми утворених різними за принципами джерелами, вивчено їх поведінку за умов стаціонарних і рухливих магнітних полів. Виявлено, що використання джерел магнетронного типу дозволяє керувати густиною іонного струму на підкладу, що надає можливість керувати її температурою під час росту покриття. Запропоновано технологію зі скануванням магнітним полем, що дозволила вирівняти просторову нерівномірність потоків плазми з вакуумного дугового джерела та забезпечити рівномірність густини струму на підкладку й одержати рівнотовщинні покриття.

Встановлено оптимальні геометричні параметри електроіскрових і вакуум-плазмових дискретних покриттів з урахуванням напружено-деформованого стану (НДС) композиції основа - покриття, а також технологічних й експлуатаційних факторів. Розроблено методику розрахунку НДС композиції основа-покриття, яка, на відміну від існуючих, враховує температурну складову. Створено розрахункові моделі щодо визначення геометричних параметрів покриття (товщини, форми, щільності, кутів нахилу кромок дискрету), встановлено пропорції геометричних розмірів висоти до ширини. Основні результати наукового дослідження перевірено шляхом експериментальних випробувань біметалевих стрічкових пилок зі зміцненими різальними кромками, працездатність яких зросла майже в п'ять разів. Показано, що оптимальна щільність зносостійкого дискретного покриття була меншою на 60 %. Розроблено автоматизований комплекс для нанесення зносостійких покриттів дискретної структури на масові вироби методом електроіскрового легування.

Вперше розроблено та науково обгрунтовано концепцію підвищення працездатності різального інструменту, яка полягає в розробці методології проектування зносоcтійких покритів дискретного типу шляхом мінімізації напружено-деформованого стану робочих поверхонь інструменту в залежності від фізико-механічних характеристик, геометричних параметрів покриттів та умов зовнішнього навантаження. Встановлено закономірності забезпечення когезійної міцності покриттів, адгезійної міцності в системі "покриття - інструмент" та контактної міцності поверхні різального інструменту з покриттями дискретного типу на підставі вибору їх параметрів та топографії шляхом розрахунку критичного кроку тріщини у разі когезійного розтріскування, визначення напружень на поверхні адгезійного контакту. Розвинуто уявлення стосовно впливу виду покриттів на стійкість різального інструменту, у відповідності з якими зміна конструкції покриття на його робочих поверхнях та режимів їх нанесення забезпечують необхідні фізико-механічні характеристики поверхневого шару та експлуатаційні показники інструменту. На базі одержаних математичних моделей виконано оптимізацію параметрів процесу формування зносостійкості покриттів за критерієм мінімальних загальних витрат та багатокритеріальну оптимізацію режимів експлуатації інструменту з покриттями дискретного типу за критеріями максимальної продуктивності процесу різання та його мінімальної собівартості.

Вдосконалено та розроблено фізико-технічні основи процесу нанесення та вибору покриття, прогнозування режимів механічної обробки різального інструменту (РІ) з покриттям для чорнових і напівчистових операцій. Наведено комплексний метод вибору ефективного покриття, прогнозування необхідних технологічних параметрів процесів його нанесення та режимів різання за допомогою залежностей між режимами різання, ефективністю та працездатністю РІ з покриттям, що дозволяє визначати раціональні значення параметрів, які забезпечують досягнення необхідних експлуатаційних властивостей покриття для РІ у разі чорнових і напівчистових операцій. Експериментально визначено залежності стійкості, відносної стійкості, об'єму видаленого матеріалу за період стійкості та відносного видаленого об'єму у разі напівчистових операцій механічної обробки високоміцного чавуну від технологічних параметрів процесу нанесення покриття та режимів різання. Вибрано раціональні значення параметрів його нанесення та режими різання. Використання запропонованого методу дозволяє одержати комплексний технологічний процес нанесення покриття та визначити ефективні умови його застосування, розробити реальну адаптивну систему керування для установки нанесення покриття та підвищити ефективність їх практичного застосування. Завдяки впровадженню практичних результатів проведених досліджень, адаптивної системи керування установкою для нанесення покриття у вигляді комп'ютерної програми на підставі запропонованого методу на ДП ХМЗ ФЕД, одержано річний економічний ефект 77 тис. грн.

Отмечено, что вакуумно-дуговые TiN покрытия на подложках из быстрорежущей стали Р6М5 с использованием метода ионной имплантации (PBIID) в диапазоне потенциалов подложки 40 - 400 В и давлений азота 0,01 - 0,66 Па обладают твердостью 40 - 65 ГПа. Эти покрытия обеспечивают высокую работоспособность инструментов.

Предложен экспресс-метод измерения дефектности покрытия на режущем инструменте, который состоит из этапов оцифровывания начального изображения микрошлифа покрытия, выделения контуров дефектных включений, расчета их эффективного размера и определения балла дефектности.

Досліджено нанесення на сталь нікель-алмазних композиційних покриттів для виготовлення абразивного та ріжучого інструменту. На підставі літературних даних та попередніх досліджень обрано метод електроосадження покриттів реверсним струмом. Виведено рівняння для розрахунків густин струму в катодних та анодних імпульсах. Досліджено вплив цих параметрів на амплітудні потенціали та поляризаційні характеристики процесу, фізико-механічні властивості нікелевої зв'язки та нікель-алмазних покриттів. Показано, що монополярний імпульсний струм недоцільно використовувати через значне підвищення внутрішніх напруг нікелю у порівнянні з постійним струмом.

Предложен способ покрытия рабочей поверхности чеканочного инструмента нитридом хрома с помощью магнетронного распыления. Теоретически установлены условия удовлетворительной адгезии покрытия. Детально описана технология нанесения покрытия, приведены эскизы рабочих узлов.

Проведен анализ особенностей процесса нанесения износостойких ионно-плазменных покрытий, обнаружены проблемы, которые возникают при управлении технологическим процессом нанесения покрытий. Предложена блок-схема автоматизированной системы управления вакуумной дугой при нанесении ионно-плазменных покрытий.

Плівки диборидів перехідних металів широко застосовуються в якості захисних, зносостійких покриттів на інструментах для металообробки. Запропоновано дифузійно-подібну модель формування стовпчастої структури в покриттях на основі дибориду гафнію. Проведено розрахунки впливу зовнішніх параметрів на зростання текстурованої плівки. Одержані дані узгоджуються з експериментальними.

  Скачати повний текст

Рассмотрены вопросы исследования устойчивости покрытий TiN, азотированного слоя и комбинированного покрытия из азотированного слоя и TiN в условиях высокоинтенсивного кавитационно-гидроабразивного износа. Получены регрессионные уравнения устойчивости покрытий, нанесенных на основу из твердого сплава типа ВК 8 от условий натекания жидкости. Показаны возможности использования функционально-ориентированного подхода к формированию поверхностного слоя протоковых частей элементов гидрорежущих устройств, доказано повышение их работоспособности.