Ионно-плазменные методы обработки поверхностей деталей летательных аппаратов

3.1 Конструкционные покрытия

Технологический процесс нанесения покрытий вакуумной дугой обладает большими потенциальными возможностями в плане создания новых видов покрытий. В отечественных и зарубежных публикациях приводятся многочисленные примеры процессов получения с помощью вакуумных технологий многослойных конструкционных композитов, представляющих смесь металлических и неметаллических материалов, а также получение методом плазменного напыления керамических огнеупоров с композитным металлическим наполнителем

Так, например, в Уфимском авиационном институте был разработан новый методический подход к созданию широкого класса конструкционных покрытий, эффективность которого демонстрируется на примере покрытий с регулярной структурой (PC) и внутренними каналами охлаждения.

Новое направление в практике нанесения специальных покрытий связано с использованием при формировании покрытия различного рода удаляемых наполнителей. Раздельное по времени или в пространстве нанесение наполнителя и слоя металла позволило создать на поверхности подложки после удаления наполнителя объемную конструкцию с заданным внутренним строением. Эта технология получения конструкционных покрытий дала возможность непосредственно формировать на деталях сложные поверхности с внутренними полостями, а также изготавливать элементы устройств и сами устройства.

В качестве примера показано специальное теплозащитное покрытие I с внутренними каналами охлаждения 2, полученное методом вакуумного ионно-плазменного и плазменного напыления при атмосферном давлении на материале основы 3, поверхность 4 которой подготавливалась по специальной технологии (рис.9).

Рис. 9

Заметим, что конструкционные покрытия такого вида обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными сплошными конструкциями и с системой каналов охлаждения, выполненных в основном материале. При этом усталостные испытания образцов с разработанными покрытиями, внешняя оболочка которых получена по технологии нанесения покрытий с PC из сплава системы NiCrAlY, показали увеличение предела прочности при температуре 850°С на 40 МПа по сравнению с покрытиями того же исходного химического состава, нанесенными по традиционной технологии.

Использование покрытий с внутренними каналами охлаждения в качестве теплозащитной оболочки позволяет рекомендовать в теплонапряженных конструкциях материалы с более низкими показателями по жаропрочности, жаро- и термостойкости. Отмечается также, что формирование подобной теплообменной конструкции на деталях со сложной пространственно-криволинейной поверхностью в настоящее время невозможно ни одним из известных способов.

3.2 Антифрикционные и износостойкие покрытия

Бесспорно, что первое место среди покрытий, наносимых методом вакуумной дуги, занимают покрытия из нитрида титана. Однако самые первые публикации, относящиеся к началу 70-х годов, когда исследования в области плазменных ускорителей дали толчок работам МВТУ им. Баумана и Харьковского ФТИ в области технологического применения стационарных плазменных ускорителей, были посвящены напылению тугоплавких металлов. И только, судя по публикациям, с 1978 года следует вести отсчет работам, посвященным реактивным вакуумно-дуговым процессам и, в частности, процессам получения нитридов титана.

Наиболее систематические исследования проведены в этой области специалистами Московского станкоинструментального института, Московского авиационного института, научно-исследовательского института авиационных технологий, Ташкентского государственного авиационного института.

Учитывая, что узлы трения режущего и штампового инструментов эксплуатируются при значительных знакопеременных (часто ударных) нагрузках и температурах, высокая твердость TiN пленок не всегда позволяет обеспечить износостойкость инструмента из-за разрушения контактных поверхностей. Поэтому наряду с высокой твердостью пленки должны обладать запасом пластичности и вязкости.

В работе [10] исследовали влияние азота на напряженное состояние, структуру и свойства покрытий, получаемых методом КИБ (конденсация с ионной бомбардировкой).

Нанесение покрытий на образцы из быстрорежущей стали Р6М5 проводилось - на установке ННВ6,6-И1. В качестве катода использовался титан. Содержание азота в покрытии регулировалось изменением давления азота в пределах 10^-3...2 Па.

Параметры получаемой структуры и остаточные напряжения в покрытиях TiN в зависимости от давления азота в камере представлены в табл. 8.

Таблица 8 Параметры структуры и остаточные напряжения в покрытиях TiN в зависимости от давления азота в камере

Видно, что увеличение давления азота обеспечивает высокий уровень остаточных сжимающих напряжений ₁, достигающих 1700МПа. Остаточные напряжения (структурные) возникают в покрытии при конденсации и последующем охлаждении покрытия (термические).

Уровень сжимающих напряжений определяет структуру покрытий, наблюдается увеличение текстуры, проявляющееся в возрастающей до 98..100%-й ориентации кристаллов с направлением (111), параллельным поверхности подложки. Наблюдается изменение текстуры покрытия по глубине. В верхних слоях строение менее упорядочено, чем в нижних слоях, из-за ухудшения теплоотвода в подложку. Это обратно тому, что необходимо для обеспечения эксплуатационных свойств покрытия.

Усиление экранирующей роли нитрида титана на поверхности мишени вызывает уменьшение количества частиц капельной фазы в покрытии при росте давления азота в камере. С точки зрения обеспечения высокого уровня свойств поверхности при контактных взаимодействиях указанная структура и напряженно-деформированное состояние покрытия являются оптимальными.

Уменьшение давления азота ниже 10^-2 Па приводит к снижению микротвердости покрытий, что обусловлено изменением количества -фазы в TiN. При этом сильно возрастают количество и размеры частиц капельной фазы.

Исследования влияния содержания азота в покрытиях TiN на структуру и свойства позволили сделать заключение, что обеспечение высокого комплекса свойств в однослойном покрытии невозможно. Для создания покрытия, обладающего максимальной адгезией к стальной подложке и оптимальными эксплуатационными свойствами рабочей поверхности необходимо, чтобы его конструкция включала несколько слоев [11].

Предлагается проектировать каждый слой по его функциональному назначению. При этом прилегающий к подложке слой должен обладать высоким уровнем металлических связей для обеспечения высокой адгезии с подложкой. В верхнем слое наоборот должны преобладать ионные связи, что обусловливает минимум поверхностной энергии покрытия. Между этими слоями должен находиться промежуточный слой, обеспечивающий высокую когезию покрытия за счет минимального градиента свойств между подслоем и рабочим слоем.

Обеспечение выше указанных свойств можно достичь за счет использования нестехиометрии. Модель нитрид титанового покрытия выглядит следующим образом: нижний слой TiN_x c дефицитом азота, например TiN_0,60, а верхний слой ближе к стехиометрическому составу TiN_~1,0, между двумя слоями покрытия переменного состава по сечению приближающееся линейно к TiN_1,0

В работе [41] исследовано влияние нестехиометрии на свойства нитрид титанового покрытия (рис. 10, 11).

При рассмотрении конкретного применения в работе [11] подробно изучаются пленки TiN для тяжело нагруженных узлов трения, в которых теплостойкость не является регламентирующим свойством, в частности для штампов холодного деформирования, где изнашивание происходит в условиях малоцикловой фрикционной усталости. Здесь для обеспечения работоспособности был необходим иной комплекс физико-химических свойств: твердость, вязкость, износостойкость в условиях трения скольжения без смазки.

Поэтому основной целью этого исследования было в основном изучение износостойкости покрытий TiN с разным фазовым составом, который регулировался при изменении давления азота в камере установки ННВ-6.И1 в пределах (2…9)10^-3 Па. Покрытия осаждались методом конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ).

Рис.10. Влияние нестехиометрии на микротвердость покрытий.

Рис. 11. Влияние нестехиометрии на коррозионную стойкость покрытий после: а) 2-3 мин., б) 15 мин.

Испытания образцов на износ ₍в условиях трения без смазки проводились на машине ИМП-3 по схеме вал-плоскость. Удельные нагрузки по Герцу составляли 400 МПа, что соответствует реальным 20 нагрузкам, действующим в контактной зоне штампа. Образцы с покрытиями изготавливались из стали Х12М, а в качестве контртела использовались кольца из стали У8. Частота вращения вала (кольца) составляла 10 мин^-1, время испытания - 30 мин. После испытания с помощью профилографа-профилометра измерялся линейный износ образца с покрытием, по величине которого определялась интенсивность изнашивания I. Параллельно выполнялись рентгенофазовый, металлографический и Оже-спектроскопический анализы испытуемых образцов.

Анализ экспериментальных результатов показал, что максимум износостойкости фиксируется при давлениях азота (2...5)10^-2 Па. Это совпадает с экспериментальными значениями твердости (30...32ГПа) и связано с появлением в структуре Ti₂N. Металлографические исследования показали, что Ti₂N образуется на границе контакта капельной фазы (неионизированного азотом -Ti) с нитридом титана, дефектным по азоту (35...42 ат.% N₂) в результате твердофазной реакции TiN_1-х+-TiTi₂N.

Влияние ионно-плазменных покрытий из нитрида титана на износостойкость и контактную выносливость высоколегированных подшипниковых сталей исследовалось в работе [12]. Цель работы - изучение ряда эксплуатационных свойств нитрида титана для последующего использования его в качестве покрытий подшипников качения и скольжения. Проводились испытания на износ и изучалась контактная выносливость образцов с покрытиями. Определялись следующие свойства образцов с покрытиями:

- износ /_мас при трении качении без смазки в паре с шариком 9,5 мм из стали 8Х4В9Ф2Ш, нагрузка 10 Н, износ оценивали по среднему значению потери массы образца;

- контактная выносливость W_конт при обкатке шариками 04,76 мм из стали 8Х4В9Ф2Ш, максимальное контактное напряжение составляло 4500 МПа, смазка - масло индустриальное И-20А;

- микротвердость Н на образцах с покрытиями толщиной 10 мкм определяли на приборе ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н;

- вязкость Ё по Палмквисту оценивали на приборе Виккерса по соотношению текущей нагрузки на инденторе к длине трещины, сформированной при вдавливании в углах отпечатка;

- адгезия К_адг к основе и когезия К_ког покрытия определялись на склерометре специальной конструкции при нагрузке 2 и 5 Н по ширине трещин, возникающих при царапании;

- остаточные напряжения _ост определяли методом рентгеновской тензометрии.

Результаты измерений сведены в табл. 9.

Таблица 9 Структура и свойства образцов с покрытиями из нитрида титана

Результаты испытаний показали, что максимальной износостойкостью при трении качении обладают многослойные покрытия. Они превышают по этому критерию образцы без покрытия в 2,75 раза. Получение многослойного покрытия авторы осуществляли последовательным нанесением подслоя (2-я строка табл.9) с текстурой, увеличивающейся от основы к поверхности, что обеспечивало высокую адгезию покрытия, и на поверхности этого покрытия формировали стехиометрический состав TiN, близкий по текстуре к 100% (1-я строка табл.9). При этом, изменяя давление реактивного газа в камере, можно получать многослойные покрытия из одного и того же материала с различной твердостью по сечению.

Проведенные испытания позволили сделать вывод о том, что применение того или иного покрытия обусловлено механизмом повреждаемости, ответственным за отказ подшипника в конкретных условиях эксплуатации. Для подшипников, подверженных заеданию, сильному схватыванию, износу контактных поверхностей (шарнирные подшипники), рационально использовать многослойное покрытие с рабочим слоем из стехиометрического нитрида титана, с совершенной аксиальной текстурой, повышенной вязкостью и малой когезионной прочностью. Для подшипников, основным механизмом отказов которых является контактная усталость (шарикоподшипники), предпочтение следует отдавать покрытию с высокой твердостью и когезионной прочностью. Наиболее универсальным покрытием, обеспечивающим оба эксплуатационных критерия, является однослойное покрытие со стехиометрическим составом нитрида титана.

Несмотря на большой объем уже проведенных исследований износостойких пленок на основе TiN, продолжаются и развиваются следующие направления новых исследований отдельных принципиальных вопросов их технологии:

-влияние азота и остаточных газов на свойства пленок;

-влияние температуры подложки на параметры пленок;

-влияние времени конденсации и углов наклона подложки на толщину пленки;

-сепарирование потоков металлической плазмы из источника.

Проведенные в работе [13] спектроскопические измерения абсолютных концентраций атомов азота в газометаллической плазме вакуумной дуги при изменении условий в разряде показали их определенную корреляцию со скоростями роста нитрид-титановых конденсатов. При этом пока не выяснен вопрос, какой из химически активных компонентов плазмы N, N₂ или N₂⁺ в большей степени влияет на скорость образования конденсированной фазы.

В целом ряде исследований было отмечено, что состав остаточной атмосферы на этапе предварительной ионной бомбардировки сильно влияет на фазовое структурное состояние образующихся подслоев, что определяет адгезию F_адг пленок TiN. По данным авторов [14] очистку поверхности рекомендуется проводить в нейтральной атмосфере (Аr) при потенциале подложки U_n = 1100 В, при этом образуются диффузионные подслои с хорошими механическими характеристиками.

Большая энергия конденсирующихся частиц позволяет получать покрытия с высокой адгезией к основе, имеющей температуру поверхности, при которой в обычных условиях образование многих химических соединений затруднено. При температуре 200...600^oС на поверхности подложки присутствуют карбиды и нитриды, температура образования которых в равновесных условиях составляет 1000^oС. Причиной их появления является не только перегрев подложки в тонких поверхностных слоях, но, главным образом, высокая активность процессов взаимодействия заряженных частиц с газовой средой и твердым телом.

Авторы [15] оптимизировали влияние температуры на адгезию покрытия TiN к подложке из стали Х18Н9Т и определили, что оптимальная температура находится на уровне 500±3 С. Однако, удержать такую температуру при классической циклограмме традиционной технологии довольно трудно. Поэтому был опробован способ нанесения пленки TiN на установке "Пуск-81" последовательными повторяющимися циклами, включающими очистку, конденсацию и охлаждение. Этот способ позволил снизить градиент напряжений между пленкой и подложкой, вызываемый различием их коэффициентов температурного расширения,

Многие детали, особенно детали технологической оснастки, имеют сложную геометрию поверхностей, ориентированных к плазменному потоку под разными углами, поэтому на этих поверхностях наблюдается формирование покрытий разной толщины. Для получения качественных покрытий необходимы установки, оснащенные несколькими испарителями (типа "Булат-ЗТ"), которые позволяют надежно наносить пленки на все поверхности сложнофасонной детали.

Известно, что при использовании вакуумно-дугового процесса в плазменном потоке, особенно в случае вакуумной дуги с холодным катодом, присутствуют макрочастицы - капли и твердые осколки материала катода, что приводит к образованию дефектов в осаждаемом покрытии и, как следствие, к снижению защитных свойств покрытий. Устранить указанный недостаток позволяет применение сепарирующих систем, обеспечивающих отделение заряженных компонент от макрочастиц и нейтралов. Систему сепарирования можно использовать для управления свойствами пленок.

Вакуумно-дуговые покрытия находят в настоящее время широкое применение в различных отраслях промышленности, так как они позволяют существенно повысить служебные свойства изделий и не требуют замены основного материала матрицы. С технологической точки зрения интересно получать покрытия, обладающие как высокой твердостью, так и пластичностью. Одним из способов получения подобных покрытий является создание карбонитридных покрытий, с различным содержанием углерода и азота. Исследование структуры TiC_xN_1-х покрытий представляет определенный интерес ввиду того, что в зависимости от концентрации вводимых в реакционную камеру азота и ацетилена и давления в камере структура конденсатов будет существенно изменяться.

Так, по данным [16] установлено, что с увеличением содержания углерода в карбонитридном покрытии на стальной поверхности (Ст3) меняется параметр кристаллической решетки от нитрида до карбида по мере увеличения содержания углерода. Отмечено, что с увеличением содержания углерода в составе покрытия текстура изменяется по линейному закону и при составе покрытия TiC_0,79N_0,21 исчезает совсем.

Карбонитрид титана, полученный в работе [17] на образцах из Армко железа и стали Р6М5, сформирован с ярко выраженной текстурой (111). Отличительной особенностью исследованных покрытий является наличие остаточных напряжений сжатия, величина которых с повышением температуры подложки и толщины покрытия снижается, что существенно для выбора оптимальных режимов их нанесения.

Большой объем исследований свойств карбидов и нитридов металлов, проведенный в ВИАМ, позволил определить микротвердость этих соединений (табл.10).

Таблица 10 Микротвердость карбидов и нитридов

Следует выделить следующий типы пленок, наиболее стойкие к эрозионному износу: для титановых сплавов - нитриды ванадия, циркония, титана, карбида, хрома, а для сталей - карбиды хрома, титана, нитрид ванадия.

Такое внимание к карбидам и карбонитридам объясняется еще и тем, что именно они позволяют существенно расширить возможности покрытий применительно к различным условиям эксплуатации. Так, для каждой пары материалов режущий инструмент - деталь существует довольно узкий диапазон режимов резания и с целью получения универсального покрытия на поверхностях режущего инструмента следует использовать многослойные покрытия.

В работе [18] были проведены систематические исследования влияния износостойких покрытий на характеристики трения и износа. Методом КИБ на установках типа "Булат" были получены покрытия: TiN, TiC, TiCN, NbN, ZrN, Mo₂N, TiC+TiN, TiN+TiC, исследованы их фазовый состав и структура. Испытания опытных образцов с указанными покрытиями проводились на машине трения СМЦ-2 в среде топлива ТС-1 по схеме "плоскость - цилиндр" при скорости скольжения 1,0 м/с и температуре топлива 60°С. Нагружение образцов производили ступенчато от 29 до 1980 Н. В качестве подложки использовалась сталь ВНС-15 (HRC58..64). Контртелом служили цилиндры из стали 20ХЗМВФ. В процессе этих испытаний определялись коэффициенты трения, износ покрытия и контртела.

Анализ износостойкости покрытий показал, что при трении в паре со сталью наибольшей износостойкостью обладают однослойные покрытия TiN и TiCN (при соотношении азота и метана в реакционной смеси 4:1) , а также Mo₂N и двухслойное покрытие TiC+TiN. Эти покрытия изнашиваются за время испытаний всего на глубину 1,7.. 2,5 мкм.

Известно, что повышение износостойкости связано с ростом твердости контактирующих поверхностей и с характером деформирования в зоне контакта, а также, что упрочнение материалов часто связывается с дополнительным легированием и формированием оптимальной структуры и фазового состояния покрытий. Кроме того, пленки сложного состава типа Ti-Zr-N, Ti-Mo-N показывают повышение стойкости покрываемых поверхностей в 2...2,5 раза по сравнению с покрытиями TiN. Значительное (в 2 раза) по сравнению с TiN увеличение микротвердости наблюдается у покрытий Ti-Cr-N, Zr-Cr-N при высокой (вплоть до 1000°С) термической стабильности данных структур [19].

Однако, широкое использование износостойких покрытий сложного состава на основе титана, циркония, молибдена и гафния сдерживается стоимостью и дефицитом этих материалов. Поэтому наибольший интерес представляет замена этих металлов на более дешевые - железо и алюминий. Так, пленки на основе TiN, содержащие (Ti,Fe)N и (Ti,Al)N и полученные на установке "Булат-ЗТ" при постоянной температуре 500°С на твердосплавные пластины из ВК6 [20], по своим структурным параметрам и микротвердости практически не отличаются от пленок (Ti,Zr)N.

Использование Аl в сложных карбонитридах титана также позволяет удешевить стоимость получения пленок при сохранении и даже улучшении их эксплуатационных свойств. Для получения сложных пленок TiAlN используется либо составной катод мишень титан-алюминий, либо сплав Ti_xAl_x (х = 0,15...1) [21]. При этом стойкость инструмента с TiAlN покрытием более чем в 3 раза выше по сравнению с традиционными нитридами (включая TiN). Как показали исследования свойств TiAlN-пленок, проведенные в работе [22], в покрытии присутствуют интерметаллиды, а структура TiAlN аналогична структуре TiN, в котором атомы Ti частично замещены алюминием. Триботехнические испытания пластин Т15К6 также подтвердили, что покрытия TiAlN обеспечивают повышение износостойкости инструмента во всем рассмотренном диапазоне режимов резания.

3.3 Жаростойкие покрытия

Наиболее полные, "систематические" исследования нанесения жаростойких покрытий вакуумно-дуговым методом проведены авторами работы [23], в которой рассмотрены особенности осаждения многокомпонентных сплавов системы NiCoCrAlY.

Покрытия наносились на установке вакуумно-плазменного напыления с холодным катодом со следующими параметрами: мощность эрозионного ускорителя 6 кВт; ток дуги разряда 200-250A; скорость испарения сплавов до 1,510^-5кг/с; скорость нанесения покрытия до 710^-3 мкм/с. Образец располагался в плазменном потоке на оси симметрии ускорителя на расстоянии 170 мм от поверхности испаряемого катода.

При нанесении покрытий на поверхность образца этим методом одновременно протекают два конкурирующих процесса - конденсация и распыление осажденного слоя под действием ионной бомбардировки. Поэтому скорость роста покрытия и его элементный состав зависят от скорости генерации плазмы материала покрытия и энергии ионов, бомбардирующих поверхность подложки. На основании анализа результатов исследования скорости роста покрытия в зависимости от отрицательного потенциала подложки, который определяет энергию бомбардирующих ионов, можно сделать следующие выводы [23]:

l. Pocт потенциала подложки U_n свыше 15...20 В приводит к заметному снижению скорости нанесения покрытия и отклонению химического состава покрытия от состава испаряемого сплава, поэтому процесс осаждения многокомпонентного покрытия необходимо проводить при U_n = 5../10 В.

2. При потенциале U_n > 200 В наблюдается переход oт режима осаждения покрытия к режиму ионного травления подложки, что позволяет проводить эффективную очистку покрываемой поверхности при U_n>250...300В.

Отмечается также наличие существенной неравномерности распределения скорости роста покрытия по радиусу плазменного потока и химического состава осажденного слоя. Так, для сплава NiCoCrAlY максимальное значение скорости роста покрытия С_max на оси потока составляло 6,110^-3 мкм/с при расстоянии от катода 150 мм и при удалении от оси на 160мм уменьшалось более чем в 4 раза. При этом увеличение расстояния от катода до 300 мм приводило к уменьшению скорости роста покрытия почти в 2 раза.

Результаты химического анализа состава покрытия из сплава NiCoCrAiY, полученного на различном удалении по радиусу плазменного потока от оси эрозионного ускорителя показали, что имеет место перераспределение элементов в покрытии по сравнению с испаряемым сплавом. На оси плазменного потока наблюдается снижение концентраций Al при одновременном росте содержания Со и Сr. Причем на периферии плазменного потока отклонения в элементном составе конденсирующегося покрытия минимальны. Определение содержания Y в покрытии с помощью количественного спектрального анализа выявило его относительно равномерное распределение в пределах 0,2...0,3%. Снижение содержания А1 в покрытии может объясняться избирательным распылением атомов этого элемента с поверхности конденсата, который обычно не превышает 2...3%.

Исследование процесса вакуумного электродугового нанесения жаростойких покрытий типа NiCrAlY приведено в работе [24]. В качестве напыляемого сплава использовался сплав Ni-38Cr-11Al-0,35Y, в качестве образцов использовались пластины из I2X18H10T. Основная цель -исследование влияния длительности ионной бомбардировки образцов и потенциала смещения U_n на их жаростойкость.

Влияние длительности ионной бомбардировки на жаростойкость G определялось путем сравнительных испытаний образцов, которые подвергались ионной бомбардировке в течение 2, 4, 6, 3 и 10 мин с последующим нанесением покрытия. Испытания на жаростойкость проводились в спокойной воздушной среде при температуре 950°С в режиме термоциклирования: нагрев - 2 ч, выдержка -5ч, затем остывание. Жаростойкость G оценивалась по количеству циклов испытания до полного разрушения покрытия, т.е. до принятия массой образца своего исходного значения. Выявлен рост жаростойкости с увеличением . Так, в частности, образец с =2 мин выдержал 83 цикла испытаний, а образец с =4 мин - 50 циклов. При дальнейшем увеличении времени ионной бомбардировки жаростойкость практически не изменяется, что позволяет сделать вывод о существовании оптимальной длительности ионной бомбардировки.

Для определения перспективы использования данного покрытия авторы провели сравнительные испытания на жаростойкость образцов с покрытием и без него. Установлено, что в начальный период (до 20 циклов испытаний) образец без покрытия и образец с покрытием имеют примерно одинаковые значения изменения массы. Однако, образец без покрытия начинает разрушаться и теряет массу уже после 40 циклов испытаний, а образец с покрытием - только после 140 циклов. Причем, потеря массы образца без покрытия происходит более интенсивно.

Проведенные исследования показали, что покрытия типа NiCrAlY, нанесенные вакуумным электродуговым способом, увеличивают жаростойкость образцов и это увеличение достигает трехкратного значения.

Таким образом, вакуумно-дуговое осаждение представляет новые возможности для формирования жаростойких покрытий. Наиболее широко эта технология используется для нанесения многокомпонентных жаростойких покрытий типа Me-Cr-Al-Y (Me -Fe, Co, Ni), толщина которых может достигать 100 мкм. Сплавы системы Ме-Cr-Al являются основой покрытий, a Y вводится в небольших количествах (обычно менее 1%), с целью повышения адгезионной прочности оксидной пленки, формирующейся при окислении.

Постоянно ведутся работы по оптимизации состава покрытий Me-Cr-Al-Y, совершенствованию технологии их нанесения Предлагаются покрытия и более сложного состава, например, Ni-Cr-Al-La-Y, Ni-Fe-Cr-Si-В-С, Ni-Cr-Al-Si-La и др. В табл. 11 приведены составы ряда жаростойких покрытий [25], предлагаемых для защиты сталей и сплавов, которые работают при высоких температурах в коррозионно-активной среде.

Таблица 11 Химический состав многокомпомпонентных жаростойких покрытий

Свойства покрытий Me-Cr-Al-Y зависят не только от их состава, но и от способа нанесения и, как показано выше, от технологических режимов нанесения. И очевидно, что состав, структуру и другие характеристики покрытия необходимо выбирать с учетом конкретных условия эксплуатации детали из данного сплава, а технология должна обеспечивать формирование покрытия с заданными, требуемыми свойствами.

Литература

1. Knotek О., Bohmer M., Leyendecker Т. J. Vac. Sci. Technol. A4 (1986), №6, p.2695-2700.

2. Савиновский Г.К., Степанов ЮМ., Федоров B.E. Оптимизация режимов напыления плазменных покрытий. //Технология и организация производства, 1990. №2. С.51.

3. Клоцман С.М., Трахтенберг И.Ш., Бакунин О.М. и др. Получение покрытий из нитрида титана в цилиндрической камере магнетронного распыления. //Физика и химия обработки материалов, 1988. №3. С. 138-139.

Кадлец С., Мусил И., Валвода В., Выскочил И. Реактивное напыление тонких пленок нитрида титана. //Archives of metallurgy, 1988. 33, №4, р.547-555.

Гордиенко А. Анализ влияния фазового состава покрытий из нитрида титана на эксплуатационные характеристики режущих инструментов. //Zesz. nauk. Prozn. Mech, 1991. №36, p.101-109.

6. Аль-Жаруди М.И., Хентцель Х.Т.Г, Сонг С., Бентгсон А. Влияние реакционного магнетронного напыления нитрида титана на поверхность закаленной инструментальной стали. //Thin Solid Films, 195(1991), р.63-76.

Рэмэлингэм С., Шимацаки И., Винер В.О. Магнетронное напыление нитрида титана защищает от износа цветные сплавы, применяемые в аэрокосмической технике. //Thin Solid Films, 1981, v.80, N4, p.297-303.

Бушуев Ю.Г., Розинский Д.В.. Просвириков В М., Малышева Е Б., Александровская Г.Ю., Костяев А.В. Нанесение пленок методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе. //Физика и химия обработки материалов. 1992, №2. С.87-93.

Родионов М.К., Евтушенко Н.П, Бондарь Е.А., Лобанов В.И., Кацан И.И. Пленки оксинитрида алюминия, полученные магнетронным распылением. //Физика и химия обработки материалов. 1989, N4. С.67-71.

10. Моисеев В.Ф., Досбаева Г.К., Фукс-Рабинович Г.С., Шаурова Н.К., Зайцева Е.Я. Структура и свойства ионно-плазменных покрытий TiN для формообразующего инструмента. //Сборник научных трудов НПО ВНИПП, 1989. №1.С.91-98.

Фукс-Рабинович Г.С., Кацура А.А., Моисеев В.Ф., Досбаева Г.К. Влияние фазового состава на износостойкость ионно-плазменных покрытий из нитрида титана. //Трение и износ. 1989. Т. 10., №4. С.742-744.

Фукс-Рабинович Г.С., Контер Л.Я., Кацура А.А., Досбаева Г.К. Влияние ионно-плазменных покрытий из нитрида титана на износостойкость и контактную выносливость высоко-легированных подшипниковых сталей. // Трение и износ.1991.-12, №2. С.306-309.

Тимофеева Л.А., Катрич С.А., Солнцев Л.А. Влияние вакуум-плазменной обработки на износостойкость средне- и малоуглеродистой стали: //Трение и износ. 1992.Т.13,№З.С.533-,5.35.

Фукс-Рабинович Г.С., Досбаева Г.К., Шаурова Н:К. Структура и свойства упрочненных ионно-плазменных покрытий- из TIN. // 11 Всесоюзная научно-техническая конференция по прикладной рентгенографии металлов. Тезисы докладов. 1990. С.47.

Кальнер В.Д, Вернер А.К., Карпман М.Г. Влияние кратковременного нагрева на фазовый и химический состав ионно-плазменного покрытия на быстрорежущие стали. //В кн.: Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин и приборов. М,: МДНТП, 1991. С.21-26.

Мрочек Ж.А., Вершина А.К, Пителько А.А. Пространственное распределение ионной компоненты в сепарированном потоке металлической плазмы. //Электронная обработка материалов, 1991. №1. С.19-21.

17. Косогор С.П., Лобанов MJI., Иванова M.B., Семенов Ю.Л. Вакуумно-плазменные TiC_xN_x покрытия. //Конференция по современным материалам в машиностроении. Тезисы докладов. Пермь: 1990. С.3-4.

Эйзнер Б.А., Леус Ю.А. Оптимизация процесса нанесения многокомпонентных покрытий на сложно профильные изделия вакуумным электродуговым способом. //Конференция по концентрированным потокам энергии в обработке и соединении материалов. Тезисы докладов. Пенза: МЭИ, 1991. С.54.

Киселевский Л.И., Гольцев М.В., Ходасевич В.В. Формирование многокомпонентных покрытий на основе твердых растворов нитридов при взаимодействии плазменных потоков с твердым телом. //IX Всесоюзная конференция по взаимодействию атомных частиц с твердым телом. Тезисы докладов. М.: МИФИ, 1989, С.208.

Чаевский В.В, Драко Е.М, Гольцев М.В. Структура и фазовый состав вакуумно-плазменных покрытий на основе нитридов молибдена, титана я циркония. //Вакуумная техника и технология, 1991.Т. 1, №2. С.30-32.

Мрочек Ж.А., Романчук И.А., Семянкевич М.М., Левченка Т.С. Формирование композиционных покрытий TiAIN в плазме вакуумного электродугового разряда. //Конференция по концентрированным потокам энергии в обработке и соединении материалов. Тезисы докладов. Пенза: МЭИ, 1991. С.57-58.

Ikeda Т, Saton H. Phase formation and characterization of hard coating in the Ti-AI-N system prepared by the ion plating method. Kobelco technol. Rev, 1991, №10,p.13-16.

Миневич А.А., Структура и триботехнические свойства покрытий (Ti,Al)N. //Международный научно-практический семинар "Триболог-7М". Тезисы докладов. Ярославль: 1991. С.28-31.

Будиновский С.А., Мубояджан С.А., Помелов Я.А. Вакуумно-плазменный процесс нанесения защитных покрытий из многокомпонентных сплавов. //В кн.: Поверхностный слой, точность, эксплуатационные свойства и надежность деталей машин и приборов. М.: МДНТП, 1989. С.44-48.

Мрочек Ж.А., Эйзнер Б.А., Ивашнева B.И. и др. Исследование процесса вакуумного электродугового нанесения жаростойких покрытий типа NiCrAlY. //XIII Всесоюзное совещание по жаростойким покрытиям. Тезисы докладов. Ленинград: 1990. с. 173-176.

26. Сайдахмедов Р.Х., Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Многокомпонентные покрытия, формируемые ионно-плазменным методом. Ташкент: Фан, 1999. 132 с.

27. Волин Э.М. Ионно-плазменные методы получения износостойких покрытий//Технология легких сплавов. 1984. N 10. С.55-74.

28. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982. 72с.

29. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. 384с.

30. Прогрессивный обрабатывающий инструмент и методы повышения его качества / Под общ. ред. Кершенбаума В.Я. Центр «Наука и техника». М., 1991. 377с.

31. Hatochek Р. American Machinist, 1983, V. 127, N3, p. 129 - 144.

32. Machining performance of coated tools Shobaik Aly H. “Curr. Adv. Mech. Des and Prod. Proc ist Int Conf Cairo, 27-29 Dec. 1979” Oxford e.a, 1981, 387-395.

33. Нанесение износостойких покрытий на быстрорежущий инструмент./ Под общ. ред. Ю.Н. Внукова Киев.: Техника, 1992. 143с.

34. Сайдахмедов Р.Х., Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Многокомпонентные нитридные ионно-плазменные покрытия на основе титана, ванадия и хрома. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. N 9.С. 8 - 10.

35. Андриевский Р.А., Ланин А.Г., Рымашевский Г.А. Прочность тугоплавких соединений. М.: Металлургия, 1974. 232с.

36. Нешпор В.С., Ероньян М.А., Петров А.Н. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1978. Т. 14. №5. С. 884 - 888.

37. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе: Справ. изд. / Андриевский Р.А., Спивак И.И., Челябинск. Металлургия. Челябинское отделение. 1989. 368 с.

38. Самсонов Г.В., Виницкий Н.М. Тугоплавкие соединения: Справочник М.: Металлургия, 1976. 560с.

39. Свойства элементов. Часть 1. Физические свойства. Под ред. Самсонова Г.В. М.: Металлургия, 1976. 600 с.

40. Холлек Х. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов: Справ. изд. / Пер. с нем. Под ред. Левинского Ю.В., М.: Металлургия. 1988. 319 с.

41. Сайдахмедов Р.Х., Кадырбекова К.К., Еленский О.О. Исследование свойств ионно-плазменных покрытий на основе нитридов титана / «Передовые технологии и методы в создании и эксплуатации авиакосмической техники», часть 1 Материалы научно-практической конференции Ташкент 2004. С. 20-21.

Размещено на Allbest.ru