Фізико-технологічні основи дуплексного вакуумно-дугового зміцнювання поверхонь

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОФІЗИКИ І РАДІАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

01.04.07 - фізика твердого тіла

УДК 621.793: 539.61: 669.018: 620.1

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ДУПЛЕКСНОГО ВАКУУМНО-ДУГОВОГО ЗМІЦНЮВАННЯ ПОВЕРХОНЬ

Андрєєв Анатолій

Опанасович

Харків - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут» НАНУкраїни.

Науковий консультант:

академік НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Неклюдов Іван Матвійович, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, генеральний директор.

Офіційні опоненти:

академік НАН України, доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Пузіков В'ячеслав Михайлович, Інститут монокристалів НАН України, директор;

доктор фізико-математичних наук, професор, Погребняк Олександр Дмитрович, Виробниче науково-дослідне підприємство «Сумський інститут модифікації поверхні», директор;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Гугля Олексій Григорович, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, провідний науковий співробітник відділу фізики радіаційних явищ і радіаційного матеріалознавства.

Захист відбудеться «22»червня2009р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.245.01 у Інституті електрофізики і радіаційних технологій НАНУкраїни за адресою: 61003, м.Харків, вул.Гамарника, 2, корпус У-3, НТУ «ХПІ», ауд.204.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61024, м.Харків, вул.Гуданова,13. Відгук на автореферат дисертації надсилати на адресу: 61002, м.Харків, вул.Чернишевського, 28, а/с 8812.

Автореферат розісланий «21»травня2009р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д64.245.01 ПойдаА.В.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Подальший економічний розвиток України може бути досягнутий за рахунок розробки і впровадження новітніх технологій і високопродуктивної техніки. Використання нових матеріалів і технологій значною мірою визначається необхідністю більш економного витрачання енергетичних і матеріальних ресурсів.

Актуальність роботи обумовлена потребою в істотному (у кілька разів) підвищенні зносостійкості виробів при високій надійності, продуктивності і економічності процесів обробки.

Ці вимоги в значній мірі можуть бути виконані шляхом застосування дуплексної обробки поверхні виробів, тобто послідовного застосування двох або більше технологій для одержання композита з комбінацією властивостей, які неможливо одержати ні однієї із цих технологій окремо.

Нами розроблено різні варіанти дуплексної обробки виробів, що включають обробку в плазмі газового дугового розряду низького тиску і нанесення вакуумно-дугових покриттів єдиним технологічним процесом.

Найцікавішим варіантом з них є вакуумно-дугове зміцнювання поверхні сталевих виробів шляхом обробки в плазмі газового дугового розряду і наступного нанесення зносостійких покриттів єдиним технологічним процесом.

На цей час розроблено цілий ряд зносостійких покриттів. Вони мають високу твердість (20…30ГПа і більше) і високий рівень стискаючих напружень. Після нанесення покриття при границі розділу в підкладці виникають напруження, що розтягують, і це зменшує навантажувальну здатність і усталену міцність системи «покриття-підкладка». Запобігти погіршенню її фізико-механічних характеристик можна шляхом збільшення внутрішніх стискаючих напружень у приграничному шарі підкладки. Найкращим способом збільшення цих напружень є іонне азотування в тліючому розряді, однак через розпилення поверхні і утворення в азотованому шарі нітридів заліза, що розкладаються при температурах близько 500С, його застосування виключає вакуумно-дугове зміцнення єдиним технологічним процесом. Тим більше, що всі вакуумно-дугові зносостійкі покриття осаджуються при температурах підкладки близько 500С.

Однак ще недостатньо вивчені умови, які дали б можливість знизити температуру підкладки до 100…200С; збільшити внутрішні напруження в приграничному шарі підкладки, поліпшити якісні характеристики і продуктивність модифікування поверхні за рахунок збільшення твердості покриттів і його проведення єдиним технологічним процесом.

Дуплексне зміцнення поверхонь, що включає розробку нових методів хіміко-термічної обробки, які забезпечують наступне нанесення покриттів у єдиному технологічному процесі, а також створення надтвердих покриттів, які осаджуються при температурі підкладки в інтервалі 100…500С, дасть можливість істотно підвищити експлуатаційні характеристики виробів, розширити їх номенклатуру, створити високопродуктивне устаткування для цих технологій і тому є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов'язана з виконанням планів фундаментальних і прикладних науково-дослідних робіт, які виконувались ННЦ «ХФТІ» НАН України: «Програма робіт з атомної науки і техніки Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» на 1993…2000 роки», № держ. реєстр. 0805-КМ/03.93, на 2001…2005 роки № держ. реєстр. 080901UP009 від 08.09.2001 і на 2006…2010 роки № держ. реєстр. 080906UP0010, № держ. реєстр. 080999UP009 від 06.10.2004 (теми Х-907 «Розробка технології та обладнання нового покоління для отримання багатофункціональних покриттів для елементів конструкцій ядерно-енергетичних установок», Х-15-1006 «Дослідження технологічного процесу синтезу багатофункціональних наноструктурних покриттів для модифікації поверхонь конструкційних елементів ядерно-енергетичних установок, а також розробка дослідно-промислових зразків нанотехнологічних пристроїв»; № держ. реєстр. 080999UP0009 «Дослідження іонно-плазмової нанотехнології на базі вакуумно-дугового розряду для отримання зносостійких, високо- та надвисокотвердих, а також пористих наноструктурних покриттів, вивчення їхніх фізико-механічних властивостей».

У названих роботах здобувач брав участь як виконавець, а в темі Х-907 він був науковим керівником.

Мета і завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є вирішення проблеми, яка полягає у розробці фізико-технологічних основ вакуумно-дугового зміцнення поверхонь, що включають плазмову хіміко-термічну обробку і нанесення зносостійких покриттів в єдиному технологічному процесі.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі основні задачі:

· Розробити нові процеси азотування заліза в газовому дуговому розряді низького тиску з метою забезпечення можливості наступного нанесення зносостійких покриттів в єдиному технологічному процесі.

· Розробити нові методи нанесення надтвердих покриттів, зокрема, при температурах підкладки 100…200С.

· Одержати і провести дослідження властивостей багатошарових надтвердих покриттів (TіN-CrN).

· Дослідити надтверді Tі-Sі-N покриття, що осаджуються шляхом дугової ерозії катодів, одержаних методами порошкової металургії.

· Дослідити вакуумно-дугову ерозію порошкових катодів і її вплив на властивості покриттів.

· Створити прилади і пристрої для вирішення поставлених завдань і запропонувати схеми модернізації існуючих вакуумно-дугових установок для дуплексного зміцнювання поверхонь виробів.

Об'єктом дослідження є азотовані шари на залізі і надтверді покриття.

Предметом дослідження є вплив параметрів процесу азотування з електронним бомбуванням на властивості азотованих шарів, а також умови синтезу надтвердих покриттів.

Методи досліджень. Для досліджень структури й властивостей твердих тіл використані такі методи: металографія з використанням оптичної мікроскопії, рентгеноструктурний аналіз (ДРОН-3), електронні растрові мікроскопи JEOL JSM-840 і JSM-T300 із приставкою Phoenix для рентгеноспектрального мікроаналізу, електронний мікроскоп ПЭМ-125К, мікротвердомір ПМТ-3. Елементний склад ділянок покриття, не утримуючих макрочастинок, а також макрочастинок на поверхні покриттів був визначений мікрорентгеноспектральним методом на електронно-зондовому мікроаналізаторі «CAMEBAX-Mіcrobeam». Концентрація компонентів визначалася як середнє значення з 8…10 локальних вимірювань на різних ділянках покриття і макрочастинок для кожного зразка.

Наноіндентування проводили за допомогою наноіндентора «Мікрон-Гама» з пірамідою Берковича при навантаженні в межах 20Г з автоматичним навантаженням і розвантаженням протягом 30сек, а також записом діаграм навантаження й розвантаження в координатах F-H. Значення характеристик F, hmax, hp, hс, HІТ, EІТ, EІТ* визначалися й обчислювалися автоматично по стандарту ІSO 14577-1:2002.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Уперше запропоновано новий механізм азотування заліза, відповідно до якого цей процес залежить тільки від концентрації атомарного азоту й температури підкладки, а присутність іонів азоту безпосередньо не впливає на процес азотування. Показано, що азотування має місце при бомбардуванні не тільки іонами, але й електронами, і що швидкість азотування однакова в обох випадках.

2. Уперше створено надтверді TіN покриття з використанням іонної імплантації в процесі їх осадження. Одержані TіN покриття мають твердість 40…68ГПа і збільшений у порівнянні зі звичайними вакуумно-дуговими опір деформуванню (Н3/Е*2 до 1,364ГПа) TіN покриттями. Розроблено процеси осадження надтвердих TіN покриттів при температурах підкладки 100…200С.

3. Одержано багатошарові покриття TіN-CrN із твердістю до 60ГПа, зокрема з іонною імплантацією. Встановлено, що ці покриття зберігають надвисоку твердість і фазовий склад після відпалу у вакуумі при 1000С.

4. Уперше показана можливість одержання надтвердих Tі-Sі-N покриттів шляхом вакуумно-дугової ерозії порошкових катодів. Установлено, що катодні плями локалізуються головним чином на TіSі евтектиці, що утворюється на поверхні катоду в процесі ерозії. Досліджено особливості ерозії порошкових катодів, шляхи зниження кількості макрочастинок на покриттях Tі-Sі-N.

5. Створено оригінальну фізичну електронно-магнітну модель катодної плями, відповідно до якої головну роль у його поводженні на поверхні катода відіграють автоелектронна емісія і пружний тиск пари на окремих його ділянках. За допомогою цієї моделі можна пояснити ряд властивостей і особливостей поводження катодної плями на таких складних багатофазних поверхнях, як катоди, що одержані шляхом спікання порошків титану і кремнію.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Уперше запропоновано спосіб дуплексного модифікування поверхонь, що включає їх хіміко-термічну обробку в газовому дуговому розряді низького тиску і в послідовному нанесенню вакуумно-дугових покриттів в єдиному технологічному процесі.

2. Розроблено процеси азотування сталевих виробів у вакуумно-дуговому двоступеневому розряді низького тиску з електронним бомбардуванням. Твердість азотованих шарів становить 11…14ГПа, шорсткість поверхні при електронному бомбардуванні не змінюється, що дає можливість подальшого нанесення вакуумно-дугових покриттів у тій же вакуумній камері єдиним технологічним процесом.

3. Розроблено процеси нанесення зносостійких покриттів TіN із твердістю 40…68ГПа й відношенням Н3/Е*2 до 1,364ГПа при температурах від 100 до 500С, що дає можливість їх нанесення на алюмінієві і мідні сплави, а також загартовані конструкційні сталі.

4. Створено багатошарові надтверді покриття TіN-CrN з іонною імплантацією, що забезпечує їх осадження при відносно низьких температурах підкладки. Ці покриття забезпечують стійкість інструментів при різанні важкооброблюваних матеріалів в 2…3 рази вищу, ніж покриття TіN.

6. Уперше одержано надтверді покриття Tі-Sі-N з використанням порошкових катодів, які значно дешевші і більш технологічні у виробництві, ніж титан-кремнієві катоди, що виготовлені іншими методами. Ці покриття мають значно кращі експлуатаційні характеристики інструментів у порівнянні з такими ж інструментами з покриттями TіN.

7. Розроблено процеси дуплексного зміцнювання сталевих поверхонь, які містять у собі азотування і нанесення надтвердих покриттів у єдиному технологічному процесі і принципи модернізації вакуумно-дугових установок для їх реалізації. Показано, що таке модифікування з використанням покриття з нітриду титану значно поліпшує експлуатаційні властивості різальних інструментів і значно скорочує час їх обробки.

8. Доведено високу ефективність цього процесу в результаті виробничих випробувань інструментів, вузлів тертя і оснащення, виготовлених із сталей 9ХС, Х12М і Р6М5 після їх зміцнювання. Зокрема, вирубний штамп із сталі Х12М з надтвердим TіN покриттям показав збільшення кількості виготовлених виробів в 9-10 разів порівняно з таким же штампом без покриття.

Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі узагальнено результати досліджень, виконаних безпосередньо автором або з його визначальною участю. Автором запропонована модель азотування заліза, відповідно до якої цей процес залежить тільки від концентрації атомарного азоту і температури підкладки, тобто присутність іонів азоту безпосередньо не впливає на процес азотування. Уперше показано, що азотування має місце при бомбардуванні не тільки іонами (як вважалося раніше), але й електронами. Автором розроблено оригінальну технологію, що забезпечує одержання TіN покриттів з твердістю 40…68ГПа, у тому числі при температурах підкладки нижче 200С, а також надтверді покриття TіN-CrN і Tі-Sі-N. Автор формулював мету, завдання і постановку роботи, аналізував і узагальнював одержані результати.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на наукових, науково-технічних конференціях, симпозіумах і семінарах, в тому числі: 8-й Міжнар. сімп. «Тонкие плёнки в электронике», Харків, 1997р.; TATF'98 Germany, 1998, Regensburg; Міжнар. симпозіум «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении», Харків, 2000; Міжнар. конф. «Технологии ремонта машин и механизмов» Киев, 1998; 1-th Intern. Congress on Radiation Physics, High Current Electronics and Modification of Materials, Tomsk, 2000; Міжнар. конф. «Плазменная электроника и новые методы ускорения, Харьков 2000; 4-й Міжнар. симп. «Вакуумные технологии и оборудование» МСВТО-4, Харків, 2001; Міжнар. симп. «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении», Харьков, 2001; 3-й Міжнар. конф. «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов», Харків, 2002; Міжнар. науково-техн. конф. «Тонкие плёнки и слоистые структуры» «Плёнки-2002», Москва, 2002; 14-й Міжнар.симп. «Тонкие плёнки в оптике и электронике», Харків, 2002; 5-та Міжнар. конф. «Вакуумное оборудование и системы» (ICVTE-5), Харків, 2002; Міжнар. конф. «Стародубовские чтения 2003», Дніпропетровськ, 2003; 6-та Міжнар. конф. «Вакуумное оборудование и технологии», Харків, 2003; Міжнар. конф. «Плазменная электроника и новые методы ускорения», Харків 2003; Харьковская научная асамблея FGG-1, Харків, 2003; XXIth Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Yalta, Crimea, 2004; 5-а Міжнар. конф. «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов», Харків, 2004; Межгосударственный семинар-практикум «Термическая обработка и материаловедение перспективних материалов в машиностроении», Днепропетровск, 2004; ХI Міжнар. науково-техн. конф. «Высокие технологии в промышленности России», Москва, 2005; 6-та Міжнар. конф. «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов», Харків, 2005; 7-я Міжнар. конф. «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (ОТТОМ-7) Харьков, 2006; 18-й Міжнар. симп. «Тонкие плёнки в оптике и наноэлектронике», Харків, 2006; Міжнар. конф. «Плазменная электроника и новые методы ускорения», Харків, 2006; XVII-а Междунар. конф. по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению, Алушта, 2006; Міжнар. конф. «Нанорозмірні системи: будова, властивості, технології», Киев, 2007; 8-а Міжнар. конф. «Фізичні явища в твердих тілах», Харків, 2007; 9-й Міжнар. науково-техн. конгрес термістів и металознавців. Харків, 2008; 1-й Міжнар. наукова конф. «Наноструктурные материалы-2008», Минск, «Белорусская наука», 2008; Харківська нанотехнологічна асамблея «Нанотехнологии-2008», Харків, 2008; Міжнар. наукова конф. «Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур», Харків, 2008.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 2 монографії, 55 наукових праць (без співавторів 9), з них у фахових наукових журналах - 30, у збірниках наукових праць і матеріалах конференцій - 25. За матеріалами дисертації одержано 9 патентів і авторських свідоцтв.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел (189 найменувань) та 3 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 281 сторінку, включаючи текстовий матеріал, 11 таблиць і 137 рисунків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі наведена коротка характеристика проблеми в цілому, формулюються й обґрунтовуються актуальність, наукова новизна, цінність одержаних результатів і науковий напрямок автора. Коротко викладені результати й сформульовані положення, які виносяться на захист.

У першому розділі «Огляд літератури і вибір напрямків досліджень» розглядається стан проблеми на момент постановки досліджень, формулюються завдання й обґрунтовується вибір матеріалів і методів досліджень.

Проаналізовані різні моделі азотування заліза. Встановлено, що всі відомі вакуумні способи азотування передбачають подачу на підкладку негативного потенціалу, який призводить до іонного розпилення поверхні виробів і збільшення її шорсткості настільки, що наступне нанесення покриттів без механічної обробки (шліфування, полірування) стає неможливим.

Розглянуто різні види високо- і надтвердих покриттів, їх властивості і способи одержання. Встановлено, що основними шляхами збільшення твердості покриттів є зменшення розмірів зерен різними способами. Найбільш ефективними з них є іонне бомбардування в процесі осадження, а також використання домішок, що не утворюють розчинів з основним матеріалом (Nі, Co, Cu, Au, Ag).

Наведено відомості про властивості і фізико-механічні характеристики вакуумно-дугових TіN і Ti-Si-N покриттів. Показано, що ці покриття мають високу адгезію і твердість на рівні 22…30ГПа, високу зносостійкість. Визначено шляхи зменшення внутрішніх напружень в TіN покриттях, зокрема застосування іонної імплантації в процесі осадження.

Розглянуто процеси, що відбуваються при нанесенні вакуумно-дугових покриттів на азотовані сталеві поверхні. Визначено, що оптимальним фазовим складом азотованого шару є твердий розчин азоту в залізі і найменш бажаним є нітрид е-Fe2-3N, що дисоціює при температурах близько 500С із утворенням м'якого шару б-Fe. Оскільки при використанні тліючого розряду на поверхні утворюється саме ця фаза застосування останнього небажано.

Проведений аналіз стану речей показав, що використанню вакуумно-дугових технологій зміцнення поверхні перешкоджають:

· обмежені знання про можливості використання вакуумно-дугового розряду для хіміко-термічної обробки виробів, зокрема для азотування;

· відсутність надійних технологій одержання надтвердих покриттів (зокрема, TіN і TіN-CrN), зокрема при температурі підкладки 100…200С;

· відсутність відомостей про дугову ерозію порошкових катодів, про поводження катодних плям на їх поверхні;

· обмеженість даних про вплив технологічних параметрів нанесення на структуру, фазовий склад і фізико-механічні характеристики вакуумно-дугових покриттів в умовах іонної імплантації в процесі осадження;

· відсутність необхідного устаткування і апаратури.

У зв'язку з вищевикладеним видно, що питання дуплексного модифікування поверхні шляхом дослідження процесів азотування в газовому вакуумно-дуговому розряді низького тиску і нанесення багатофункціональних, зокрема надтвердих, покриттів, і на основі одержаних знань розробки високопродуктивних технологій і устаткування вимагають свого вирішення.

У другому розділі «Методики, способи обробки і застосоване устаткування» наведені методики досліджень покриттів і азотованих шарів, а також нові методичні розробки по двоступеневому вакуумно-дуговому розряду для хіміко-термічної обробки виробів, створенню нової фізичної моделі катодної плями. Це дає можливість пояснити процеси дугової ерозії складних катодів і особливостей формування капель металу в покриттях, а також дослідженню характеристик газо-металевої плазми і їх впливу на властивості одержаних покриттів.

Хіміко-термічну обробку виробів зручно робити за допомогою потужного джерела газової плазми. Новий вид розряду - двоступеневий вакуумно-дуговий розряд є дуговим розрядом з холодним катодом, у якому позитивний стовп дуги розділений на дві частини, перша з яких являє собою газо-металеву плазму, а друга - плазму технологічного газу низького тиску. Існують різні схеми формування цього розряду, завдання яких полягає в тому, щоб тим або іншим способом не допустити попадання випарованих часток металу в робочий об'єм камери, пропускаючи при цьому електрони і газ. Один з варіантів цих схем представлений.

можна сказати, що газова ступінь двоступеневого вакуумно-дугового розряду є дуговим розрядом із плазмовим катодом, роль якого виконує газо-металева плазма вакуумно-дугового розряду з холодним катодом. Оскільки емісійна здатність газо-металевої плазми велика, величина струму в газовій ступені може досягати сотень амперів і, таким чином, забезпечувати плазмову обробку (нагрівання, очищення іонним або електронним бомбуванням, хіміко-термічну обробку і т.п.) виробів у великих промислових об'ємах. Істотною перевагою цього розряду є можливість його роботи в різних технологічних середовищах (кисні, азоті, водні й ін.) у інтервалі тисків 0,01…10Па.

Нова фізична модель катодної плями запропонована також в цьому розділі. У ній головними факторами є імпульсні схрещені ЕхН-поля і автоемісія електронів у його околицях. Струм осередку катодної плями, що являє собою імпульс з переднім і заднім фронтами тривалістю близько 5·10-9с, створює навколо неї магнітне поле величиною ~1Тл. Під час проходження цих фронтів струму через осередок у його околицях наводяться електричні поля, що досягають 3,5·107В/см. Таким чином, навколо осередку на поверхні катода створюються схрещені ЕхНполя, величини яких зменшуються із збільшенням відстані від центра осередку як 1/R. При зміні магнітних полів під дією електричних по периметру струмового каналу осередку протікають струми, аналогічні гало-струмам, що виникають у плазмі токамака при проходженні по ній імпульсів розрядного струму. При збільшенні струму осередку гало-струми спрямовані протилежно йому, тобто електрони з плазмового факела рухаються до катода, а іони прискорюються у бік анода.

Іони з прикатодної плазми рухаються в напрямку анода, прискорюючись до енергій, обумовлених полем Е=Еі-Е0 (оскільки по периметру осередку Eі>E0). Тому енергія прискорених іонів залежить від швидкості зростання струму в осередку і при швидкості зростання струму близько 109А/с може досягати 1кеВ. Однак унаслідок високої щільності прикатодної плазми (порядку 1026м-3) вони втрачають енергію і кратність заряду на зіткненнях з її частинками. Тому середня енергія і заряд іонів зменшуються зі збільшенням коефіцієнта ерозії катода, що безпосередньо характеризує щільність і об'єм плазмового факела. Одночасно індуковане електричне поле Еі прискорює електрони прикатодної плазми убік катода, де вони гальмуються в його поверхні, викликаючи рентгенівське випромінювання, сплески якого збігаються в часі з імпульсами високоенергетичних іонів.

При зменшенні струму через осередок (на задньому фронті імпульсу) індуковане електричне поле Еі збігається по напрямку з основним Е0, напрямок індукованого струму Іі збігається з напрямком основного струму І0, тобто Іос=І0+Іі. Індуковане електричне поле Еі викликає в околицях осередку автоемісію електронів з поверхні катода. Ці електрони попадають в область ЕхН-полів, рухаються до центра осередку по циклоїдах, висота яких визначається за формулою: h=2mc2Е/eН2, і створюють поверхневу плазму внаслідок десорбції газів (рис.3). В міру наближення електронів до осередку висота циклоїд зменшується, а їх концентрація збільшується.

По периметру осередку, де зміна магнітного поля максимальна і максимальне індуковане електричне поле Еі, останнє прискорює електрони убік аноду. При малих струмах низьковольтної дуги (10…20А), коли dі/dt відносно невелике, енергія цих електронів становить ~50еВ; при dі/dt~1013А/c їх енергія перевищує 1кеВ.

Як видно з моделі, основним фактором, що забезпечує присутність катодної плями на поверхні катода є автоемісія електронів і вони пересуваються на ті ділянки катода, де вона максимальна. На ділянках складного катода, що мають різні тепло- і електрофізичні характеристики (омічний опір, робота виходу електронів, пружний тиск пару та ін.) катодні плями поводяться по-різному в залежності від цих характеристик.

У цьому ж розділі наведені описи створеного генератора високовольтних імпульсів, системи автоматичного керування нанесенням багатошарових покриттів, а також загальної схеми вакуумно-дугової установки «Булат-6» і її модернізації для виконання поставлених завдань.

У третьому розділі «Азотування заліза» наводиться опис нового механізму азотування заліза і результати його застосування в умовах газового розряду низького тиску.

Теоретичні положення процесу азотування до сьогодні характеризуються двома підходами. Перший з них сформований як вченими школи Ю.М.Лахтіна, так і вченими німецької школи. Інший принцип сформульований Б.Н.Арзамасовим зі співробітниками.

Обидві моделі засновані на русі позитивних іонів від анода до катода. І в першій, і в другій моделі утворюючим початком є бомбування поверхні металу позитивними іонами азоту. Це передумовлює тільки один варіант полярності: підкладка може мати тільки негативний потенціал.

У даній роботі запропоновано третій механізм азотування заліза. Суть його полягає у тому, що для азотування у вакуумі в плазмовому об'ємі досить присутності атомарного азоту в необхідній концентрації і необхідної температури підкладки. Атоми азоту сорбуються на поверхні підкладки і дифундують в неї, при цьому в поверхневому шарі створюються нітридні фази '-Fe4N и -Fe2-3N. По мірі збільшення глибини шару залишаються нижчі нітриди і твердий розчин азоту в залізі -Fe(N).

Молекулярні іони N2+ у цьому розряді не здійснюють помітного впливу на процес азотування. Це підтверджується тим, що практично однакові результати азотування в дуговому газовому (азотному) розряді при однаковій температурі одержані як при негативному потенціалі підкладки, так і при позитивному.

Азотування при позитивній полярності виключає утворення нітридів у газовому середовищі, тому що поверхня, яка бомбується електронами, не розпорошується.

Основними компонентами газового вакуумного дугового розряду є іони молекулярного азоту N2+, атомарні іони N+, нейтральні атоми N і молекули азоту в різних метастабільних станах. Збуджені молекули азоту при зіткненні з поверхнею зразка втрачають енергію (відбувається дезактивація метастабільного стану), і в процесі азотування ці молекули не приймають участі. Атомарні іони беруть участь в процесі азотування, але їх концентрація недостатня для того, щоб здійснювати помітний вплив на азотування. Молекулярні іони N2+ мають значну кінетичну енергію в результаті прискорення в електричному полі розрядного проміжку і беруть участь у нагріванні підкладки і розпиленні її поверхні, збільшуючи шорсткість, однак не видно їх безпосередньої участі в процесі азотування.

Цей висновок базується на тім, що для переходу молекул азоту у дисоціативний хемосорбований стан необхідно забезпечити виконання співвідношення:

,

де Qc - теплота хемосорбції; Ed - енергія дисоціації.

Енергія дисоціації N2 на два атоми азоту Ed=941,6кДж/моль; теплота хемосорбції азоту на залізі Qc=293кДж/моль. Ця величина менше половини енергії дисоціації. Тому пряма реакція переходу молекул азоту після фізичної адсорбції з наступною дисоціацією на атоми, що потім хемосорбуються, неможлива.

Збіг даних по азотуванню при негативному і позитивному потенціалі на зразку свідчить про відсутність помітного внеску молекулярних і атомарних іонів у процес азотування. Тому логічно припустити, що найбільш активними при насиченні поверхні підкладки азотом є нейтральні атоми. У плазмі вакуумно-дугового розряду при тиску азотування концентрація атомарного азоту перевищує 1010см-3. Частина потоку атомів азоту після зіткнення з поверхнею виробу переходить у хемосорбований стан. Знаходячись у цьому стані, вони можуть перейти в об'єм виробу або мігрувати по поверхні. Якщо атом азоту, що мігрує по поверхні, зіштовхнеться з іншим хемосорбованим атомом, то енергетично вигідна їх асоціація в молекулу і наступну десорбцію назад у газову фазу. Отже, тільки та частина атомів азоту, що перейшла в об'єм виробу, вносить свій внесок в азотування. З одержаних результатів видно, що газовий вакуумно-дуговий розряд забезпечує вже при малих тисках азоту (менше 10-2Па) достатню концентрацію нейтральних атомів для проведення процесу азотування.

Головною перевагою азотування при позитивному потенціалі на підкладці є збереження попередньої чистоти обробки її поверхні (оскільки електрони не розпорошують поверхню), у той час як при негативному потенціалі шорсткість поверхні істотно збільшується через її розпилення іонним бомбардуванням. Тому після іонного азотування потрібна додаткова механічна обробка робочих поверхонь інструментів і деталей машин. При електронному азотуванні шорсткість поверхонь не змінюється, що, наприклад, дає можливість наносити потім зносостійкі покриття в одній і тій же вакуумній установці єдиним технологічним процесом.

Досліджено процеси азотування сталей у двоступеневому розряді як при негативному, так і позитивному потенціалах на підкладці, тобто при тиску азоту приблизно на два порядки нижче, ніж при тліючому розряді.

Встановлено, що на початку азотування швидкість процесу становить близько 1мкм/хв, потім знижується. Час азотування до товщини 30…40мкм (оптимальної для інструмента зі швидкорізальної сталі) збігається по величині з часом наступного нанесення зносостійкого покриття (рис.5), тому ці операції технологічно сумісні.

Вміст нітридних фаз, і особливо -фази, менший, ніж при азотуванні в тліючому розряді, що пояснюється більш низьким тиском азоту (меншим азотним потенціалом). Вплив температури підкладки відповідає діаграмі стану Fe-N, тобто при температурах 450…500С у азотованому шарі існують '- і -фази, а при 570С - '-фаза і твердий розчин б-Fe(N).

Таким чином, відповідно до запропонованого механізму азотування у газовому (азотному) розряді низького тиску у плазмовому об'ємі необхідно лише наявність достатньої кількості атомарного азоту і температури підкладки. Бомбування іонами або електронами являє собою тільки зручний інструмент для забезпечення необхідної температури виробів.

Четвертий розділ «Надтверді TіN покриття» присвячений розробці надтвердих TіN покриттів з високими характеристиками опору деформуванню.

Були досліджені фізико-механічні характеристики TіN покриттів, одержаних при подачі на підкладку в процесі осадження одночасно постійного негативного потенціалу 5…400В і високовольтних імпульсів тривалістю 10мкс, частотою 7кГц і амплітудою 2кВ.

Звичайні TіN покриття, одержані без іонної імплантації і при потенціалі підкладки 230В, який забезпечує температуру близько 450°С, показали твердість 25…27ГПа. Величина співвідношення Н/Е* склала 0,089…0,1; а Н3/Е*2 - 0,197…0,27. При більш низьких температурах підкладки покриття TіN мають недостатні фізико-механічні характеристики або не осаджуються зовсім.

Покриття, осаджені з іонною імплантацією, показали твердість 41…68ГПа. Відповідно, співвідношення Н/Е* досягало 0,100…0,149; а Н3/Е*2 - 0,430…1,364. Це свідчить, що надтверді TіN покриття мають значно більший опір деформуванню, ніж звичайні (табл.1).

Морфологія поверхні покриттів, осаджених як при постійному потенціалі 230В (звичайний режим осадження без імпульсів), так і при одночасному впливі високовольтних імпульсів, має однаковий характер (рис.6).

У зразків, одержаних як при подачі імпульсів, так і без них, мало місце збільшення періоду кристалічних решіток (0,42692…0,42786нм) у порівнянні з масивним нітридом титану (0,424нм). Аналіз інтенсивності дифракційних ліній надтвердих покриттів вказує на наявність аксіальної текстури [111] і [200] при низьких величинах постійного потенціалу (-5…-40В), а при значеннях більше 200В присутні тільки лінії [111].

Характеристики надтвердих покриттів TiN. Амплітуда імпульсів 2кВ, тривалість 10мкс, частота 7кГц, тиск азоту 0,665Па

№	Uп, В	Тп,С	Н, ГПа	Е, ГПа	Iвідн
1	Плав. - 5	105	38-59	380-430	[111] - 1,0 [200] - 0,89 [220] - 0,20
2	- 20	140	40-56	410-450	[111] - 1,0 [200] -0,95 [220] - 0,21
3	- 40	155	42-62	410-470	[111] - 0,95 [200] - 1,0 [220] - 0,21
4	- 230	270	44-68	430-490	[111] - 1,0
5	- 400	460	42-65	410-480	[111] - 1,0

Оцінка розмірів кристалітів з ширини рентгенівських ліній дає середні значення 20…30нм.

Температура підкладки залежить від величини постійного потенціалу і мала значення 105…145С при «плаваючому» потенціалі і -20В, а з його збільшенням(-200…-400В) збільшується до 270…450С і залежить від тиску азоту і струму дуги.

Покриття, одержані з імплантацією, мають тенденцію до досягнення максимуму твердості покриттів в інтервалі тиску азоту 0,4…0,5Па. Це може бути пов'язано не тільки із твердістю самого покриття TіN, скільки з тим фактом, що зі зменшенням тиску азоту істотно збільшується кількість м'якої краплинної фази в покритті, що, безсумнівно, відбивається на величині загальної твердості і точності вимірювань.

У звичайних (без імплантації) покриттях TіN як на поверхні, так і в об'ємі є включення макрочастинок (краплинна фаза) (рис.7). При імплантації в сполученні з досить високим рівнем постійного потенціалу (-230…-400В) і тиску азоту (0,66Па) макрочастинки в об'ємі покриття практично відсутні.

При зберіганні при кімнатній температурі протягом 12 місяців твердість покриттів знижувалася від 62…68ГПа до 58…62ГПа.

Після відпалу у вакуумі при температурі 700С впродовж двох годин має місце зниження твердості на 6…12ГПа, в той час, як звичайні (без імплантації) TіN покриття мають твердість близько 25ГПа і після відпалу при такій же температурі їх твердість практично не змінюється. Після відпалу надтвердих покриттів також зменшилися величини співвідношень H/E* і Н3/Е2.

У п'ятому розділі «Багатошарові покриття TіN-CrN» наведені результати досліджень багатошарових покриттів TіN-CrN з періодами близько 300 і 40нм. Наведені порівняльні характеристики по твердості і її зміні після відпалу.

Твердість покриттів з періодом 300нм, осаджених на підкладці із загартованої сталі 7ХНМ при температурі 450…500С складає 19…25ГПа, тобто знаходиться в межах, звичайних для вакуумно-дугових керамічних покриттів. На границі між покриттям і підкладкою існує зона взаємного проникання атомів хрому й заліза, що свідчить про дифузійний зв'язок покриття з підкладкою. Концентрації хрому й титану чітко розмежовані в відповідності із шарами TіN-CrN (рис.9, а).

У процесі нанесення багатошарового покриття відбувається відпуск підкладки, що приводить до зниження її твердості до HRC 10…30. Після термообробки (нагрівання протягом 5хв. при температурі 850С і охолодження в лужному розплаві при температурі 290С) твердість підкладки відновилася і стала рівною HRC 50…54, а твердість покриття не змінилась і залишилась в межах 19…25ГПа. У шарах TіN і CrN відбулась взаємна дифузія хрому й титану, їх концентрації вирівнялись, хоча структура покриття залишилась багатошаровою.

Після термообробки тріщин в об'ємі покриттів і на границі з основою не спостерігається, дифузійна зона значно розширилася.

Більш цікавими є наношарові покриття TіN-СrN. Твердість цих покриттів з періодом товщини шарів 40нм становить величину 40…50ГПа і залежить від потенціалу підкладки й тиску азоту.

На рис.10 представлена загальна фрактограма зламу і морфологія поверхні покриття TіN-CrN з періодом пари шарів близько 40нм. На рисунку добре видно магістральні тріщини крихкого руйнування.

Таблиця 2 Умови осадження и твердість багатошарових покриттів TiN-CrN з періодичною товщиною 40нм

№	Uпп	Р, Па	H, ГПа
1	230	0,665	41,3
2	230	0,4	40
3	230	0,133	42
4	230	0,013	52
5	-	-	50

Після відпалу зразка 4 у вакуумі при температурі 1000С протягом 2 годин його твердість знизилася від 52ГПа до 50ГПа (№5). Дані по відпалу вказують на те, що багатошарові TіN-CrN покриття мають більш високу термічну стабільність, ніж покриття TіN.

У випадках осадження покриттів при режимі постійного потенціалу (-230B) з імплантацією іонів (титану, хрому і азоту) з газо-металевої плазми при однаковому тиску азоту має місце істотний приріст твердості (табл.3) порівняно з покриттями, одержаними без імплантації.

Таблиця 3 Умови осадження і твердість покриттів TіN-CrN з імплантацією іонів титану, хрому й азоту з енергією 2кеВ і частотою 7кГц.

№	Uпп	Р, Па	H, ГПа
6	230	0,133	60
7	230	0,0133	61
8	-	-	55

Після відпалу зразка 7 у вакуумі при температурі 1000С протягом 2 годин його твердість знизилася від 61ГПа до 55ГПа (№8), а фазовий склад залишився таким же. Дані по відпалу вказують на те, що багатошарові TіN-CrN покриття, одержані з імплантацією іонів, також мають високу термічну стабільність.

	Дані по якісному рентгено-фазовому аналізу як перед відпалом, так і після нього свідчать про наявність у структурі багатошарового покриття двох фаз: TіN і CrN. Характер зламу покриття (рис.11) вказує на його стовпчасту структуру. В об'ємі покриття практично відсутні макрочастинки. Основними факторами, що забезпечують приріст твердості покриття, очевидно, може виступати додаткове диспергування структури. Шостий розділ «Надтверді Tі-Sі-N покриття» присвячений дослідженню Tі-Sі-N покриттів, що осаджуються шляхом вакуумно-дугової ерозії катодів, одержаних методом спікання у вакуумі порошків титану й кремнію у кількості 6, 10 і 15 ат.%Sі.
Рис.11. Фрактограма зламу багатошарового покриття TiN-CrN. (Uп=230В, Uи=2 кВ, f=7кГц, рN=0,133Па, Нм=60ГПа).

Цей метод забезпечує високу рівномірність розподілу складових по об'єму катода, але залишає сумніви в можливості одержання надвисокої твердості у зв'язку з наявністю великої кількості окислів на поверхні порошку титану. Твердість і модуль пружності покриттів наведені в таблиці 4.

Таблиця 4 Твердість і модуль пружності Tі-Sі-N покриттів. (Uп=230В, рN=0,665Па).

Зразок	Вміст Si в катоді (ат.%)	Нм, ГПа	Е, ГПа	Н/Е
1	6	32	300	0,106
2	10	43	460	0,093
3	15	47,7	360	0,13

З таблиці 4 видно, що при використанні катода з 6ат.%Sі покриття має досить високу твердість, і що із збільшенням вмісту кремнію в катоді їх твердість зростає.

Рентгеноструктурний аналіз цих зразків показав, що покриття, осаджене при використанні катода з 15ат.%Sі, містить фазу TіN з переважною орієнтацією [200]. Покриття з 10ат.%Sі і 6ат.%Sі також складаються з фази TіN, але з переважною орієнтацією [111].

Морфологія покриттів сітчаста, що викликано нерівномірним розпиленням їх поверхні іонним бомбуванням у процесі осадження.

Покриття, незалежно від кількості кремнію в катоді, містять макрочастинки матеріалу катоду як на поверхні, так і всередині (рис.12, 13). Густина макрочастинок на покритті зменшується зі збільшенням негативного потенціалу підкладки і тиску азоту. Структура покриттів стовпчаста (рис.13).

Таблиця 5 Вміст кремнію в покриттях і макрочастинках

Вміст Si в катоді, ат.%	Вміст Si в (ат.%) в покриттях без обліку азоту (Si/Si+Ti) (в дужках вказана доля (у відсотках) кремнію порівняно з його вмістом в катодах)
	Бездефектні ділянки	Макрочастинки
6	0,19±0,04 (3,2%)	5,64±1,96 (94,0%)
10	0,66±0,29 (5,1%)	4,62±1,75 (46,2%)
15	4,32±0,11 (28,8%)	7,67±5,29 (51,1%)

Вміст кремнію в покриттях і макрочастинках істотно відрізняється від його вмісту в катодах (табл.5). З таблиці 5 видно, що вміст кремнію в покриттях, виявлений методом мікрорентгеноспектрального аналізу, значно менший, ніж його вміст в катодах, при цьому він дуже залежить від його кількості в катоді. азотування дуговий ерозія порошковий

На рис.14 наведені фотографії поверхні катодів після проведення експериментів. Якщо у випадках з концентрацією 6ат.%Sі топографія поверхні має високий ступінь шершавості, характерний для дугового випаровування порошкових катодів, то в другому випадку для катодів, що містять 10 і 15ат.%Sі, ерозія поверхні катода супроводжується локальними оплавленнями окремих ділянок його поверхні (див. рис.14, а, б, показані стрілками). Площа проплавленої ділянки набагато більша від середнього розміру елементів зеренної структури матеріалу катода. Цей факт свідчить про те, що його поверхня в процесі випаровування мала локальне нагрівання вище температури плавлення TіSі евтектики (1330C), яка мала більший пружний тиск пари і кращі емісійні властивості, ніж титан. Це приводило до локалізації катодних плям на цих ділянках.

Таким чином, можна зробити висновок про те, що за наявності необхідної кількості кремнію в покриттях (4,32ат. %Sі) їх твердість досягає величини більше 40ГПа.

У розділі 7 «Дуплексне зміцнення сталевих поверхонь» описане зміцнення поверхонь сталевих виробів, яке вміщає азотування і наступне нанесення зносостійкого покриття вакуумно-дуговим способом у єдиному технологічному процесі, що істотно покращує їх експлуатаційні характеристики, якість обробки, скорочує час і вартість обробки в порівнянні з такими ж операціями, що проводяться окремо.

Як відомо оптимальна температура підкладки при осадженні твердих керамічних покриттів вакуумно-дуговим способом становить близько 500С.

Відомо, що осадження покриттів на азотовану поверхню, яка складається з г'-Fe4N і е-Fe2-3N фаз, при температурі вище 500С приводить до утворення під покриттям м'якого «чорного» шару, що містить б-Fe, який є результатом дисоціації е-фази. Присутність такого шару істотно зменшує зносостійкість і навантажувальну здатність виробів з покриттями.

При азотуванні у двоступеневому розряді з використанням азоту нітриди заліза створюються в значно меншій кількості, ніж при тліючому розряді. Однак повністю виключити появу «чорного» шару можна шляхом осадження покриттів з іонною імплантацією в процесі осадження при температурі підкладки істотно меншій 500С.

На рис.15 наведено результати випробувань ріжучих пластин з швидкорізальної сталі Р6М5 з покриттями TіN при точінні і симетричному фрезеруванні. Видно, що інструменти після їх модифікування (азотування + покриття TіN) показують у кілька разів більшу стійкість, ніж такі ж інструменти з покриттям TіN у всьому інтервалі швидкості різання.

Такий процес виявляється економічно виправданим завдяки істотному скороченню всього циклу обробки за рахунок збільшення швидкості азотування, виключення етапів підготовки (механічна обробка, промивання) азотованої поверхні перед нанесенням покриття, охолодження, вивантаження, завантаження і нагрівання виробів, як це відбувається при розділеному комбінованому процесі.

Однак найбільш прийнятним способом зміцнювання сталевих виробів є нанесення на азотовану поверхню зносостійких керамічних покриттів з іонною імплантацією в процесі осадження, оскільки цей процес протікає при температурах значно більш низьких, ніж температура дисоціації е-фази, а їх твердість і опір деформуванню майже вдвічі більші, ніж ці величини для звичайних вакуумно-дугових покриттів.

Запропоновано схему модернізації існуючих вакуумно-дугових установок для дуплексного зміцнювання поверхонь сталевих виробів, що містить у собі азотування у двоступеневому розряді і нанесення надтвердих покриттів у єдиному технологічному процесі (рис.16).

Напоказана схема вакуумно-дугової установки для зміцнення поверхні виробів. За допомогою випарників 3 і 4 створюється двоступеневий вакуумно-дуговий розряд, в якому проводиться процес азотування, потім перемикачем 9 випарник 4 переводять в його звичайний режим, а перемикачем 10 подають негативний потенціал на поворотний пристрій і осаджують зносостійке покриття. При цьому на поворотний пристрій подають негативні високовольтні імпульси згідно з технологічним процесом.

Додаток А це Акт виробничих випробувань деталей гідромотора ГМН-30 із зносостійкими надтвердими покриттями з нітриду титану на вузлах тертя, додаток Б - Акт виробничих випробувань матриці вирубного штампу Ш-10.089 із сталі Х12М із надтвердим покриттям із нітриду титану, додаток В це Акт результатів виробничих випробувань з експлуатації ріжучих інструментів, зміцнених азотуванням і покриттями із нітриду титану.

ВИСНОВКИ

Запропоновано, фізично й технологічно обґрунтовано і апробовано на промислових виробах нове вирішення проблеми поверхневого зміцнювання матеріалів - дуплексне вакуумно-дугове зміцнювання поверхні.

Розроблено фізико-технологічні основи нових методів вакуумно-дугового зміцнювання поверхні твердого тіла, що включають її азотування і наступне нанесення надтвердих зносостійких покриттів у єдиному технологічному процесі.

1. Вперше запропоновано спосіб дуплексного модифікування поверхонь, що включає їх хіміко-термічну обробку в газовому дуговому розряді низького тиску і в послідовному нанесенню вакуумно-дугових покриттів в єдиному технологічному процесі.

2. Запропоновано новий механізм азотування заліза, відповідно до якого цей процес залежить тільки від концентрації атомарного азоту і температури підкладки, тобто азотування має місце при бомбуванні не тільки іонами, але і електронами. Показано, що швидкість азотування однакова в обох випадках. Бомбування іонами або електронами є тільки зручним інструментом для забезпечення необхідної температури підкладки.

Розроблено процеси азотування сталевих виробів у вакуумно-дуговому двоступеневому розряді низького тиску з електронним бомбуванням. Твердість азотованих шарів становить 11…14ГПа, шершавість поверхні після азотування з електронним бомбардуванням не змінюється, що забезпечує можливість подальшого нанесення покриттів у тій же вакуумній камері єдиним технологічним процесом.

3. Вперше одержані і досліджені вакуумно-дугові надтверді керамічні TiN покриття шляхом подачі на підкладку в процесі осадження одночасно постійного негативного потенціалу і високовольтних імпульсів. Ці покриття мають твердість 40…68ГПа і збільшений у порівнянні зі звичайними вакуумно-дуговими TiN покриттями опір деформуванню (Н3/Е*2 до 1,364 ГПа). Розроблено процеси осадження надтвердих TiN покриттів при температурі підкладки 100…200С, що дає можливість їх нанесення на загартовані конструкційні сталі, а також на алюмінієві і мідні сплави.

4. Одержано багатошарові покриття TіN-CrN з твердістю до 60ГПа, зокрема з іонною імплантацією. Встановлено, що ці покриття практично зберігають надвисоку твердість і фазовий склад при відпалі в вакуумі при 1000С. Вони витримують термоудари при гартуванні виробів.

5. Одержано надтверді Tі-Sі-N покриття шляхом вакуумно-дугової ерозії порошкових катодів. Установлено, що катодні плями на цих катодах локалізуються головним чином на Tі-Sі евтектиці, що утворюється на поверхні катоду в процесі його ерозії. Досліджено особливості ерозії порошкових катодів, шляхи зниження кількості макрочастинок в покриттях Tі-Sі-N.

6. Створено оригінальну фізичну електронно-магнітну модель катодної плями, відповідно до якої головну роль у її поводженні на поверхні катода відіграють автоелектронна емісія і пружний тиск пари на окремих його ділянках. За допомогою цієї моделі можна пояснити ряд властивостей і особливостей поводження катодної плями на таких складних багатофазних поверхнях, як катоди, одержані шляхом спікання порошків титану і кремнію.

7. Показано, що зміцнювання поверхонь різальних інструментів, яке включає їх азотування і наступне нанесення надтвердого покриття в єдиному технологічному процесі, істотно збільшує їх працездатність, скорочує час і вартість обробки. Виробничі випробування інструментів сталі Р6М5, модифікованих згідно з запропонованою методикою з надтвердими TіN покриттями, підтвердили їх високу працездатність. Високі результати показали низькотемпературні надтверді TiN покриття. Наприклад, виробничі випробування вирубних штампів зі сталі Х12М с такими покриттями, осадженими при температурі 140єС, показали збільшення їх стійкості в 9…10 разів порівняно з такими ж штампами без покриттів. Високу зносостійкість демонструють також вузли тертя, виготовлені зі конструкційної сталі 9ХС, з надтвердими покриттями TiN.

8. Розроблено принципи модернізації існуючих вакуумно-дугових установок для дуплексного зміцнювання поверхонь сталевих виробів, що містить у собі азотування у двоступеневому розряді і нанесення надтвердих покриттів у єдиному технологічному процесі.

СПИСОК ПРАЦЬ АВТОРА, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия / [А.А.Андреев, Л.П.Саблев, В.М.Шулаев, С.Н.Григорьев] // Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2005. - 236с. (Библиотека ОТТОМ).

2. АндреевА.А. Новые процессы термической обработки. Вакуумно-диффузионная обработка поверхности металлов с применением тлеющего и дугового электрических разрядов в газах (Глава1: часть монографии) / [АндреевА.А., ПастухИ.М., ШулаевВ.М.] // Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2004.- 200c. (Библиотека ОТТОМ).

3. АксеновІ.І. Вакуумно-дуговые ионно-плазменные технологии покрытий в ХФТИ / І.І.Аксенов, А.А.Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники». - 1998. - В.2(3), 3(4). - С.3-12.

4. AksenovI.I. Vacuum-Arc Coating Technologies at NSC KIPT / I.I.Aksenov, A.A.Andreev // Problems of Atomic Science and Technology. ser. Plasma Physics.- iss3(3), 4(4). - 1999. - Р.242-251.

5. КунченкоВ.В. Структура и свойства эрозионно-стойких вакуумно-дуговых покрытий на основе нитридов титана / В.В.Кунченко, А.А.Андреев, Г.Н.Картмазов // Научные ведомости (Россия). Серия Физика. - 2001. - №2(15). - С.21-25.

...