Розробка комбінованої технології для формування поверхневого шару авіаційних конструкційних матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського

«Харківський авіаційний інститут»

УДК 621.793.184 : 629.7

РОЗРОБКА КОМБІНОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

ДЛЯ ФОРМУВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ

АВІАЦІЙНИХ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

Спецiальнiсть 05.07.04 - Технологiя виpобництва лiтальних апаpатiв

АВТОРЕФЕРАТ

дисеpтацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата технiчних наук

Баранов Олег Олегович

Харків 2000

Дисеpтацiєю є pукопис.

Робота виконана в Державному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» на кафедpi робототехніки, Міністерство освіти та науки України.Размещено на Allbest.ru

Науковий кеpiвник: доктоp технiчних наук, пpофесоp КОСТЮК Генадій Iгорович, завідувач кафедри Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут».

Офіцiйнi опоненти: доктор технiчних наук, професор, Лупкiн Борис Володимирович, Національний технічний університет «Київський політехнічний інститут», м. Київ;

доктоp технiчних наук, доцент Божко Валерій Павлович завідувач кафедри Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут».

Пpовiдна установа: Украінський науково-дослідний інститут авіаційної технології (УкрНДІАТ), Міністерство промислової політики України, м. Київ.

Захист вiдбудеться 30 червня 2000 pоку о 12 годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої pади в Державному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» за адpесою: 61070, м. Хаpкiв, вул. Чкалова 17, головний коpпус, ауд. 427

З дисеpтацiєю можна ознайомитися в бiблiотецi Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут». (м. Харків, вул. Чкалова, 17).

Автореферат розісланий 22 травня 2000 р.

Вчений секpетаp спецiалiзованої вченої pади,

кандидат технiчних наук, пpофесоp Г.Л. Коpнiлов

Загальна характеристика роботи

поверхневий шар іон модель

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: Сучасні вимоги до конкурентоспроможної авіаційної техніки в ринкових умовах передбачають подальше зростання показників її надійності та ресурсу. Це, в свою чергу, передбачає необхідність підвищення якості виготовлення авіаційних деталей, які характеризуються високою трудомісткістю виготовлення за рахунок складної форми і використання важкооброблюваних матеріалів, жорсткими вимогами щодо точності лінійних розмірів і якісних характеристик поверхневого шару.

Слід зазначити, що експлуатаційні показники деталей формуються насамперед на етапах фінішної обробки, які є найбільш важливими, оскільки навіть у разі використання надміцних матеріалів руйнування деталі в основному починається на поверхні. Дійсно, на поверхні частіше за все народжуються втомлюванісні тріщини, абразивний знос у потоці, високі температури, тиск, потоки високоенергетичних часток, випромінювання діють на поверхню. У цих умовах частіше всього єдиним засобом вирішення практичних задач є створення на поверхні деталі певного шару, який суттєво відрізняється своїми кристало-хімічними, фізико-механічними та теплофізичними властивостями від відповідних властивостей матеріалу основи.

Об'єктом дослідження є іонні технології, які мають ряд переваг: можливість створення поверхневих шарів при температурах, дозволяючих застосувати їх до деталей, які пройшли повну термічну обробку; можливість отримання метастабільних з'єднань, чистота процесу; в перспективі - великі можливості плазмохимії.

Раніше були відмічені ефективність нанесення зміцнюючих покрить на поверхні високонавантажених деталей, а також на поверхні, які зазнають на собі дію агресивного середовища. Також доведена доцільність застосування іонної імплантації для модифікації та легування поверхневих шарів. Але зараз ці технології наблизились до найбільш можливих для них якісних характеристик, і подальше суттєве їх підвищення можливо тільки за умовою застосування комбінованих технологій.

Таким чином, дослідження характеру формування поверхневих шарів, властивостей, які вони набувають під час обробки потоками іонів та плазми, а також розробка методик та математичних моделей, що відображають ці явища, є актуальною проблемою, яка потребує свого вирішення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Наведені у дисертаційній роботі дослідження повязані з виконанням важливіших НДР Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» таких як

мiжвузiвською науково-технiчною пpогpамою N 625 «Плазмово-iоннi технології» Деpжкомосвiти СРСР;

програмою Деpжкомосвiти СРСР «Новi технологiї та pобототехнiчнi комплекси в машинобудуваннi»; пpогpамою ДКНТ Укpаїни з фундаментальних дослiджень: пpоект 44/1646 «Пiдвищення надiйностi та експлуатаційних властивостей деталей машин шляхом фоpмування повеpхневих шаpiв за допомогою комбiнованих технологiй, включаючи плазмово-iонну та свiтлопpоменеву обробки»;

пpогpамою наукових дослiджень Мiнiстеpства освiти Укpаїни «Технологiчнi шляхи пiдвищення експлуатацiйних хаpактеpистик деталей машин шляхом ствоpення поверхневих шаpiв iз заданими властивостями».

МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ: Метою дисертації є рішення важливої науково-технічної задачі створення теоретичних основ комбінованої технології на базі плазмово-іонної та іонно-променевої обробки, а також технологічних процесів по створенню на деталях авіаційної техніки поверхневих шарів з завданими фізико-механічними характеристиками.

Для досягнення поставленої мети запропоновано вирішення таких завдань:

проведення комплексного теоретичного дослідження аспектів комбінованої обробки та розробка теоретичних основ створення поверхневих шарів з завданими властивостями для зниження долі висококоштовного експерименту під час відробки комбінованої технології;

розробка комбінованої технології з поєднанням процесів нанесення покриттів та іонної імплантації;

розробка теоретичної методики вибору технологічних параметрів, щоб забезпечити автоматизоване робоче місце технолога необхідним інструментом для призначення технологічних параметрів обробки з використанням розробленого пакета прикладних програм;

розробка нової теоретичної методики прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів, одержаних комбінованою обробкою на основі іонно-плазмової та іонно-променевої технологій, дозволяюча зв'язати основні макрохарактеристики поверхневих шарів деталей авіаційної техніки, такі як сила адгезійного зчеплення, пористість покриття, мікротвердість покриттів та імплантованих шарів, стійкість до окислення та інші з умовами формування поверхневого шару, а також оцінити зносостійкість;

дослідження можливості створення на поверхні високонавантажених деталей перехідного шару між деталлю та зносостійким покриттям, що дозволяє суттєво підвищити якісні характеристики;

розробка та упровадження технологічного процесу комбінованої обробки стосовно до існуючого обладнання ПІО, дозволяючого покращити якість одержуємих деталей авіаційної техніки;

розробка рекомендацій відносно упровадження результатів роботи на заводах авіабудівельної галузі, а також і в інших галузях промисловості, маючих потребу в застосуванні деталей з підвищеними якісними характеристиками поверхневих шарів.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ: для вирішення запропонованих задач в дисертаційній роботі використаний комплексний метод досліджень. Теоретичні дослідження фізичних характеристик виконувались на базі основних положень фізичної хімії та теорії твердого тіла. Дослідження теплових процесів на поверхні під час конденсації покриття виконувались на базі основних положень теорії теплопровідності. Під час дослідження розробленої математичної моделі формування структури та якісних характеристик широко використовувались методи обчислювального експерименту.Размещено на Allbest.ru

Експериментальні дослідження проводились у Харківському авіаційному інституті з використанням оригінальних пристроїв та стандартної контрольно-вимірювальної апаратури. Характеристики одержаних зразків досліджували методами мікро- та макроструктурного аналізу, вимірюванням товщини, мікротвердості, сили адгезійного зчеплення.

НАУКОВА НОВИЗНА На основі проведених досліджень теоретично розглянута залежність основних якісних характеристик поверхневих шарів, що одержані за допомогою іонних технологій, від параметрів технологічного процесу та властивостей матеріалу деталі, нанесеної речовини та обробляючого іонного потоку.

Розpоблено комплексну математичну модель прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів, яка відрізняється тим, що дозволяє описувати основні властивості поверхневих шарів без залучення експериментального матеріалу, часто недостатнього та суперечливого, шляхом розглядання елементарних фізичних процесів.

Запропоновано, замість вживаних у теперішній час багатошарових покрить та імплантованих поверхневих шарів, створювати на поверхні високонавантажених деталей, а також деталей, підляжених особливим видам впливу, спеціальні поверхневі шари, що відрізняються від багатошарових покрить менш різким градієнтом властивостей за рахунок обробки наносимого покриття високоенергетичним іонним потоком, що дозволяє забезпечити більш високу працездатність деталей.

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ: Використання нової прогресивної комплексної методики прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів дозволяє виключити з технологічної підготовки виробництва етап досліджувальної відробки технології, що дає можливість знизити строк технологічної підготовки виробництва на 10..15% та витрати на її впровадження майже на 20%.

Використання розробленої комбінованої технології створення поверхневих шарів дозволяє знизити витрати на фінішні операції приблизно на 14%. Це стає можливим за рахунок застосування запропонованих режимів створення перехідного слою між зносостійким покриттям та матеріалом деталі.

ПРАКТИЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ РОБОТИ: Результати pоботи, методики, моделi pеалiзованi у виглядi пpикладних пpогpам i викоpистовуються пpи ствоpеннi технологiчних пpоцесiв комбiнованої плазмово-iонної технологiї обpобки деталей авiагpегатiв- Коpпоpацiя ФЕД, а також у навчальному пpоцесi кафедpи робототехніки Державного аерокосмічного університету.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА ПОЛЯГАЄ У ВИКЛАДЕННІ:

теоретичної комплексної методики прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів при комбінованій плазмово-іонній та іонно-променевій обробці, що дозволяє забезпечити АРМ технолога необхідним інструментом

результатів експериментальних досліджень і методики прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів для комбінованих технологій залежно від технологічних параметрів установок

ПУБЛІКАЦІЯ ТА АПРОБАЦІЯ РОБОТИ: Результати досліджень опубліковані в 7 наукових статтях та чотирьох тезах доповідей.

Апробація дисеpтацiйної pоботи проводилась на мiжнаpодних конфеpенцiях «Новi технологiї в машинобудуваннi», Хаpкiв ? Рибаче (1995-1999 p.); на науково-технiчних конференціях аспірантів у Державному аерокосмічному університеті (ХАІ), 1998-1999 р., на науково-технічних pадах ХДАВП i Коpпоpацiї ФЕД.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ: Робота, яка реферується, загальним обсягом 145 сторінок, складається з вступу, 5 розділів та загальних висновків. Робота містить 3 таблиці, 65 ілюстрацій, список літератури з 161 найменування та 5 додатків.

Зміст роботи

У вступі підкреслена актуальність запропонованої теми, сформульовано її наукову новизну, відзначена мета і завдання досліджень, розглянута перспективність подальших досліджень, а наведена загальна характеристика роботи.

В першому розділі подано порівняльний аналіз існуючих технологій, використовуючих потоки іонів та плазми, їх основні характеристики та технологічні можливості. Виконано аналіз існуючих методів прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів деталей авіаційної техніки, створених за допомогою плазмово-іонної та іонно-променевої обробки.

Встановлено, що іонні технології мають ряд переваг: можливість створення поверхневих шарів при температурах, дозволяючих застосувати їх до деталей, які пройшли повну термічну обробку; можливість отримання метастабільних з'єднань, чистота процесу; в перспективі - великі можливості плазмохімії. Були відмічені ефективність нанесення зміцнюючих покрить на поверхні високонавантажених деталей, а також на поверхні, підляжені дії агресивного середовища. Також відмічена доцільність застосування іонної імплантації для модифікації та легування поверхневих шарів. Відмічено, що зараз ці технології наблизились до найбільш можливих для них якісних характеристик, і подальше суттєве їх підвищення можливо тільки за умовою застосування комбінованих технологій. Ця комбінована технологія є суттєвим синтезом технології осадження покриттів за методом конденсації з іонним бомбардуванням (КІБ) та технології іонної імплантації (модифікація та легування поверхні).

При цьому комбінована технологія, окрім присутніх методу КІБ фізичних процесів, зможе використовувати процеси, властиві для обробки потоками високоенергетичних іонів (радіаційно-стимульовану дифузію, балістичне перемішування тощо).

Розглядання проблеми прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів, які сформовані за допомогою потоків іонів та плазми, показало недостатність існуючих методів прогнозуванні, які здебільше опираються на апроксимаційні залежності внаслідок недостатнього розвитку теоретичної бази.

Відмічено, що теорія, яка має бути розроблена, повинна прогнозувати наслідки як окремого застосування плазмово-іонної або іонно-променевої технології, так і застосування їх у різному поєднанні. Тому вона має поєднувати за допомогою єдиної теоретичної бази мікроскопічні та макроскопічні моделі конденсованих фаз.

Другий розділ присвячено розробці методів розрахунку якісних характеристик плазмово-іонних покриттів та іонно-імплантованних шарів на деталях авіаційної техніки. При цьому певний внесок у розвиток технологічних методів забезпечення якості машин та методів прогнозування якісних показників поверхневих шарів деталей зробили такі науковці, як Г.І. Костюк, В.М. Гуров, Смислов, В.С. Мухін, Киселевський та інші. Розділ містить математичні моделі, що характеризують поведінку якісних показників поверхневих шарів як об'єкту дослідження. Оскільки є потреба прогнозувати характеристики якості іонно-імплантованих шарів, була розроблена мікроскопічна модель твердого тіла, метою якої є встановлення функції взаємодії між атомами по заданих значеннях енергії сублімації з'єднання , параметру решітки , валентності . Ця функція взаємодії має вигляд

(1)

де ? енергія взаємодії; , ? параметри взаємодії; ? відстань між атомами.

Критеріями істинності цієї моделі було вибрано такі макроскопічні характеристики твердого тіла, які знадобляться у подальшому розрахунку. Це модулі пружності та , коефіцієнт термічного розширення та поверхневаа енергія .

Для основних якісних показників поверхневих шарів, створених за допомогою плазмово-іонної та іонно-променевої обробки получено такі вирази:

пористість:

(2)

де ? частота утворення металевого зв'язку між атомами за температурою ;

? температура плавлення; ? число зв'язків атома.

внутрішнє напруження, яке складається з трьох частин: термічної, структурної, радіаційної:

(3)

де термічна складова

(4)

структурна складова

(5)

- відносна зміна об'єму після спікання

радіаційна складова

(6)

де параметри взаємодії , , , знаходяться з мікроскопічної моделі твердого тіла;

(7)

де відносна концентрація імплантованої домішки:

(8)

критична товщина покрить:

(9)

де ефективна поверхнева енергія

(10)

індекс «1» відноситься до матеріалу покриття; «2» ? до матеріалу підкладки;

(11)

(12)

- товщина перехідного шару

мікротвердість:

(13)

Размещено на Allbest.ru

- адгезія:

(14)

У виразах (13)-(14) пористість наведена у відносних одиницях, ? ймовірність утворення зв'язку (металевого, хімічного, вандер-ваальсового);

(15)

(16)

, (17)

, (18)

Щодо оцінки зносостійкості, то, використовуючи відомі методики, одержано такі вирази:

зносостійкість, яка є сумою зносостійкості у разі втомлюванісного зносу, малоциклової втоми (пластичний контакт) та абразивного зносу:

(19)

(20)

де у разі втомлюванісного зносу:

(29)

у разі абразивного зносу:

(21)

У виразі (20) ? ймовірність реалізації того чи іншого механізму зносу;

індекс «1» відноситься до матеріалу покриття; «2» ? до матеріалу підкладки;

(11)

(12)

? товщина перехідного шару

мікротвердість:

(13)

- адгезія:

(14)

У виразах (13)-(14) пористість наведена у відносних одиницях, ? ймовірність утворення зв'язку (металевого, хімічного, вандер-ваальсового);

(15)

(16)

, (17)

, (18)

Щодо оцінки зносостійкості, то, використовуючи відомі методики, одержано такі вирази:

зносостійкість, яка є сумою зносостійкості у разі втомлюванісного зносу, малоциклової втоми (пластичний контакт) та абразивного зносу:

(19)

(20)

де у разі втомлюванісного зносу:

(29)

у разі абразивного зносу:

(21)

У виразі (20) ? ймовірність реалізації того чи іншого механізму зносу.

Третій розділ присвячено розробці математичної моделі формування структури поверхневого шару на авіаційних конструкційних матеріалах на базі комбінованої технології з використанням плазмово-іонної та іонно-променевої обробки. Використовуючи відомі методики, оцінено швидкість зміни геометричного розміру, температуру деталі під час обробки, пробіг іонів. Розглянуто процеси балістичного та каскадного змішування осадженого шару з матеріалом підкладки, радіаційно-стимульованої дифузії, розглянуто залежність відносної концентрації домішки від параметрів обробляючого потоку.

При цьому виявлено, що залежність коефіцієнта радіаційно-стимульованої дифузії має вигляд:

(22)

? енергія активації дифузії;

(23)

Залежність відносної концентрації суміші від параметрів обробляючого потоку має вигляд:

(24)

Умова ефективного проходження потоку має вигляд:

(25)

Размещено на Allbest.ru

? повний перетин розсіювання іона, 1/м2.; ? шлях іона.

Повна товщина перехідного шару дається виразом:

(26)

Де

(27)

(28)

Четвертий розділ містить результати експериментальних досліджень, а також оцінку точності математичних моделей та розрахункових методик.

Спочатку була оцінена точність моделі щодо плазмово-іонної технології (КІБ) на прикладі осадження нітридів. Після розрахунку полей швидкості зміни геометричного розміру (продуктивності) та температур обробки було вибрано режими бомбардування та осадження, які відповідають більшості літературних джерел. Далі були розраховані залежності від параметрів обробки таких характеристик покриттів, як пористість, внутрішні напруження, критична товщина покриття. Встановлено, що похибка теоретичних розрахунків не перевищує 20% (але це порядок збіжності між даними джерел).

Далі розраховано відносну концентрацію суміші та залежність від неї таких якісних характеристик поверхневих шарів, як мікротвердість та схильність до окислення. Результати теоретичного розрахунку мікротвердості повністю підтверджуються даними експерименту, щодо схильності до окислення, то хід кривої узгоджується з літературними даними.

Далі була розглянута можливість застосування комбінованої обробки відносно «Булат-6» ? обладнання, традиційно використовуючогося для КІБ. У даному разі комбінована обробка зводиться до додаткового переходу у технологічному процесі - «створення перехідного шару» після етапу іонної очистки перед етапом осадженням покриття. При цьому використовуються іони з енергіями порядку 1100 еВ, що характерно для етапу очистки, але додається реактивний газ. Оскільки присутність реактивного газу збільшує енергію сублімації з'єднання, тонкий шар покриття змішується за допомогою процесів радіаційно-стимульованої дифузії та перемішування з матеріалом підкладки - формується перехідний шар. Тобто можливо одночасно наносити покриття та легувати його матеріалом підкладки, користуючись тим, що на таких енегіях можливо активізувати процеси радіаційно-стимульованої дифузії. Цей перехідний шар може «розвантажити» перехідну зону та покращати в цілому службові характеристики покриття. При цьому на «Булаті» треба використовувати імпульсний режим, щоб не перегріти деталь.

Додатково був реалізований технологічний процес, де не тільки на початку, а і увесь час осадження покриття в імпульсному режимі з різною скважністю, більшою за нуль, подавався потік іонів з енергією 1100 еВ.

На обладнанні, де можлива суттєва регуляція щільністю потоку, можливо користуватися режимами, де швидкість радіаційно-стимульованої дифузії приблизно дорівнює швидкості зміни геометричного розміру, тобто процес створення перехідного шару максимально ефективний.

Тобто, було реалізовано три технологічних процеси таких типів:

1.) «стандартний»: «очищення» + «осадження покриття» = бомбардування +;

осадження покриття;

2.) «комбінований № 1» : «очищення» + «створення перехідного шару» + «осадження покриття» = бомбардування + (бомбардування + напуск реактивного газу) + осадження покриття;

3.) «комбінований № 2»: «очищення» + «створення перехідного шару» + «осадження покриття з його бомбардуванням» = бомбардування + (бомбардування + напуск реактивного газу) + (осадження покриття + бомбардування в імпульсному режимі);

Було встановлено, що присутність потоку іонів підвищеної енергії на початковому етапі формування покриття дозволяє істотно поліпшити характеристики зони адгезійного зчеплення покриття з підкладкою, що підвищує адгезійну міцність і стійкість покриття до втомлюванісного викрихтування. У той же час зазначено, що імпульсний вплив високоенергетичного іонного потоку протягом всьому процесу осадження покриття підвищує твердість покриття.

Таким чином, комбінована обробка може суттєво підвищити експлуатаційні показники деталей.

П'ятий розділ присвячено реалізації проведених досліджень. Розроблено наукові принципи побудови комбінованої обробки. Наведено pекомендацiї та алгоpитм вибоpу технологiчних паpаметpiв комбiнованої обpобки i описано технологiчний пpоцес комбiнованої плазмово-iонної технологiї.

Пpедставлено технологiчний пpоцес комбінованої плазмово-iонної обpобки деталей авiацiйної технiки для ущiльнювального кiльця, вкладиша пiдшипника, вал ? шестерні та осi, в яких викоpистано технологiчнi паpаметpи, одеpжанi за допомогою алгоpитму вибоpу технологiчних паpаметpiв. Запропоновано технологічні рекомендації щодо вибору варіантів технологічних процесів, яки забезпечують необхідні якісні характеристики поверхневого шару деталей авіаційної техніки.

У додатку пpедставлено пpогpами pозpахунку пpодуктивностi та якiсних хаpактеpистик поверхневих шарів в залежності від параметрів обробки на основі наведеної в роботі теоретичної методики.

Загальні висновки

Робота присвячена рішенню важливої науково-технічної задачі створення теоретичних основ розробки комбінованої технології на базі плазмово-іонної та іонно-променевої обробки, а також технологічного процесу з метою створення на деталях авіаційної техніки поверхневих шарів з завданими фізико-механічними характеристиками.

Комплексне теоретичне дослідження аспектів комбінованої обробки дозволило розробити теоретичні основи створення поверхневих шарів з завданими властивостями, що дозволяє суттєво знизити долю висококоштовного експерименту під час відробки комбінованої технології.

Показано, що застосування комбінованої технології підвищує продуктивність обробки за рахунок поєднання нанесення покриттів та іонної імплантації.

Вперше розроблена теоретична методика вибору технологічних параметрів дозволяє забезпечити автоматизоване робоче місце технолога необхідним інструментом для призначення технологічних параметрів обробки з використанням розробленого пакета прикладних програм.

Запропонована нова методика прогнозування якісних характеристик поверхневих шарів, одержаних комбінованою обробкою на основі іонно-плазмової та іонно-променевої технологій, дозволяюча зв'язати основні макрохарактеристики поверхневих шарів деталей авіаційної техніки, такі як сила адгезійного зчеплення, пористість покриття, мікротвердість покриттів та імплантованих шарів, стійкість до окислення та інші з умовами формування поверхневого шару, а також оцінити зносостійкість.

Показана можливість створення на поверхні високонавантажених деталей перехідного шару між деталлю та зносостійким покриттям, що дозволяє суттєво підвищити якісні характеристики (адгезію в 1.4 рази, стійкість до втомлюванісного викрихтування приблизно в 2.3 рази) за рахунок суттєвого підвищення якісних характеристик перехідного шару; також показана можливість одержувати підвищення мікротвердості в 1.3 рази.

Розроблений та упроваджений технологічний процес комбінованої обробки стосовно до існуючого обладнання ПІО, дозволяючий покращити якість одержуємих деталей авіаційної техніки.

Висока ефективність розробленої технології, упровадженої на машинобудівельному підприємстві ФЕД, забезпечила розширення кола використовуємих деталей зі зміцнюючими покриттями, що підтверджує доцільність упровадження результатів роботи на інших заводах галузі, а також і в інших галузях промисловості, маючих потребу в застосуванні деталей з підвищеними якісними характеристиками поверхневих шарів.

Основні результати дисертації опубліковано в роботах:

1. Баранов О.О., Костюк Г.И. Теоретические аспекты влияния концентрации атомов внедрения на микротвердость поверхностных слоев. Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», вып. 9, 1998.

2. Баранов О.О., Костюк Г.И. К расчету качественных характеристик плазменно-ионных покрытий: микротвердость. Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», вып. 10, 1999.

3. Баранов О.О., Костюк Г.И. К расчету качественных характеристик плазменно-ионных покрытий: пористость и когезионная прочность. Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», вып. 11, 1999.

4. Баранов О.О., Костюк Г.И. Теоретические аспекты плазменно-ионных технологий создания поверхностных слоев с повышенной твердостью. Мат. 7 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 3-7, 1998.

5. Баранов О.О., Костюк Г.И. Расчет функции межатомного взаимодействия в металлах и металлоидах. Мат. 8 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 3-7, 1999.

6. Баранов О.О., Костюк Г.И. К расчету твердости фаз внедрения. Мат. 7 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 3-7, 1998.

7. Baranov O.O., Kostyuk G.I. The theoretical aspect of ion technologies as to creation of coating with the improved hardness. Мат. 7 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 3-7, 1998.

8. Г.И. Костюк, О.О. Баранов. Расчет функции плотности потерь энергии и температурных полей в материале мишени при облучении ионным пучком. Мат. 6 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 3-7, 1997.

9. Г.И. Костюк, О.О. Баранов. Математическая модель расчета структуры и химического состава покрытия в зависимости от режима нанесения его на деталь. Мат. 6 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 3-7, 1997.

10. Г.И. Костюк, О.О. Баранов. Расчет толщины и пористости ионно-плазменного покрытия. Мат. 6 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 3-7, 1997.

11. Горбенко Г.В., Приезжев В.Г., Скорик Е.Г., Баранов О.О. Экспресс ? оценка характеристик быстрорежущего инструмента, обработанного методами комбинированных технологий. Мат. 4 Международ. конф. «Новые технологии в машиностроении». Харьков ? Рыбачье, сентябрь 18-21, 1995.

Анотація

Баранов О.О. Розробка комбінованої технології для формування поверхневого шару авіаційних конструкційних матеріалів.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.04 «Технологія виробництва літальних апаратів». Державний аерокосмічний університет - «ХАІ», Харків, 2000.

Дисертація присвячена рішенню важливої науково-технічної задачі створення теоретичних основ розробки комбінованої технології на базі плазмово-іонної та іонно-променевої обробки, а також технологічного процесу з метою створення на деталях авіаційної техніки поверхневих шарів з завданими фізико-механічними характеристиками.

Розглянуто процеси, що супроводжують вплив потоків іонів та плазми на поверхню деталей під час плазмово-іонної та іонно-променевої обробки. Отримані аналітичні залежності, які дозволяють аналізувати та враховувати параметри матеріалу деталі, властивості обробляючого потоку та інші характеристики технологічного процесу.

Наведено інженерні методики та технологічні рекомендації щодо вибору оптимальних маршрутів обробки, виходячи з необхідних якісних показників деталей авіаційної техніки.

Запропоновано нову комбіновану технологію, що базується на використанні потоків іонів та плазми.

Ключові слова: плазмово-iонна обpобка, іонно-променева обробка, iони, плазма, зносостiйкiсть, мiкpотвеpдiсть, адгезiйна мiцнiсть.

Аннотация

Баранов О.О. Разработка комбинированной технологии для формирования поверхностного слоя авиационных конструкционных материалов.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.04 «Технология производства летательных аппаратов». Государственный аэрокосмический университет «ХАИ», Харьков, 2000.

Актуальной задачей современного авиационного производства является технологическое обеспечение показателей надежности и ресурса выпускаемых изделий. Одним из путей ее решения является использование комбинированной технологии упрочнения поверхностного слоя детали на основе плазменно-ионной и ионно-лучевой технологии. Ранее были отмечены эффективность нанесения упрочняющих покрытий на поверхность высоконагруженных деталей, в первую очередь в узлах трения, а также на поверхности, подверженные воздействию среды. Также доказана целесообразность применения ионной имплантации для модификации и легирования поверхностных слоев. Однако в настоящее время эти технологии приблизились к максимально возможным качественным характеристикам, и дальнейшее их существенное повышение возможно только за счет применения комбинированных технологий.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи создания теоретических основ разработки комбинированной технологии на базе плазменно-ионной и ионно-лучевой обработки, а также технологического процесса с целью создания на деталях авиационной техники поверхностных слоев с заданными физико-механическими характеристиками. Попытки научного подхода к созданию комбинированных технологий на основе ионных, электронных, светолучевых и плазменных были предприняты в различных работах, где показаны перспективы создания подобных технологий. Однако этого недостаточно для эффективной разработки технологических процессов комбинированной обработки. В условиях авиационного производства это приобретает важнейшее значение вследствие высоких требований к продукции. Предложены математические модели процессов возникновения, распространения и развития свойств, приобретаемых деталью в период обработки потоками ионов и плазмы. При этом были получены аналитические зависимости развития конкретного свойства от параметров технологического процесса. На их основе предложена новая методика прогнозирования качественных характеристик поверхностных слоев, позволяющая связать основные макрохарактеристики поверхностных слоев деталей авиационной техники, такие как сила адгезионного сцепления, пористость покрытия, микротвердость покрытий и имплантированных слоев, стойкость к окислению и др. с условиями формирования поверхностного слоя, а также оценить износостойкость. Разработана теоретическая методика выбора технологических параметров, позволяющая обеспечить автоматизированное рабочее место технолога необходимым инструментом для назначения технологических параметров обработки с использованием разработанного пакета прикладных программ.

Проведены экспериментальные исследования процессов, сопровождающих воздействие высокоэнергетичного ионного потока на формирующееся на поверхности детали покрытие. Исследования проводились по нескольким направлениям: изучались последствия воздействия высокоэнергетичного потока на адгезионную прочность сцепления покрытия с основой, на стойкость к усталостному выкрашиванию покрытия, а также последствия импульсной обработки покрытия высокоэнергетичным потоком.

Отмечено, что присутствие потока ионов повышенной энергии на начальном этапе формирования покрытия позволяет существенно улучшить характеристики зоны адгезионного сцепления покрытия с подложкой, что повышает адгезионную прочность и стойкость покрытия к усталостному выкрашиванию. Отмечено, что импульсное воздействие высокоэнергетичного ионного потока на всем протяжении процесса осаждения покрытия повышает твердость покрытия. Предложены технологические рекомендации относительно маршрута обработки, исходя из необходимых показателей деталей авиационной техники. Предложена новая комбинированная технология, которая основана на использовании потоков ионов и плазмы.

Внедрение результатов работы дает возможность существенно повысить надежность и ресурс выпускаемых изделий при одновременном снижении сроков технологической подготовки производства и затрат на ее проведение.

Ключевые слова: плазменно-ионная обработка, ионно-лучевая обработка, ионы, плазма, износостойкость, микротвердость, адгезионная прочность.

Annotation

Baranov O.O. Development of the combined technology for surface layer's forming on the aviation construction materials.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of science on a speciality 05.07.04 «The technology of aircrafts production». State aerospace university «KhAI», Kharkov, 2000.

The dissertation is devoted to solution of important science-techniques problem of creating theoretical elaborate principles of combined technology based on plasma-ion and ion-beam processing, and also technological process with the purpose of creation the surface layers with the given physics-mechanical characteristics on the details of aviation technology.

The processes accompanying influence of ion and plasma fluxes to the detail surface during plasma-ion and ion-beam processing are considered. The analytical dependencies allowing to analyze and to take into account the parameters of detail's material, processing fluxes characteristics and other are received.

There are given the engineering techniques and technological recommendations for the choice of optimum routs of processing defined from a qualitative characteristics are required.

The new technology is offered that is based on use of ion and plasma fluxes.

Key words: plasma-ion treatment, ion-beam treatment, ions, plasma, wear resistance, microhardness, roughness, adhesion.



Відповідальний за випуск доцент, к.т.н. Скорописов В.П.

Підписаний до друку 02.02.2000 р.

Формат 60х90 1/16. Об`єм 1,375 д.п.

Заказ 22-19 Тираж 100

Друк офсетний

Типографія ХАI

310084 Харків вул. Чкалова 17

Размещено на Allbest.ru

...