Изучение влияния технологических параметров электродугового испарения на температуру поверхности конденсации, фазовый состав, структуру и свойства пленок на основе ZrN (стр. 4 )

Переменный технологический параметр - давление газовой смеси

N опыта	Соотношение газов N2/Ar, %	P, Па	L, мм	Iд, А	Uсм, В	Тповерх. конден, К
Тпр = 10 мин	Тпр = 20 мин	Тпр = 30 мин/ Vнагр, К/мин / Hμ, ГПа
17	90/10	0,6	270	90	200	659	693	723/3,7/18,0
18	90/10	0,8	270	90	200	667	705	729/3,9/22,0
19	90/10	1,0	270	90	200	671	710	733/4,0/22,5
20	90/10	1,2	270	90	200	673	713	736/4,1/20,0
21	90/10	1,4	270	90	200	683	716	745/4,4/17,0

На основании многочисленных экспериментальных исследований установлено, что оптимальными технологическими параметрами для получения пленок с контролируемой структурой и свойствами являются: соотношение газов в газовой смеси N2/Ar = 90/10 %, дистанция источник плазмы-подложка L = 270 мм, ток дуги Iд = 90 А, напряжение смещения на подложке Uсм = 200 В, давление газовой смеси Р = 1,0 Па обеспечивает получение более равновесных и однофазных пленок на основе ZrN с микротвердостью 19,6…23,0 ГПа.

4. Установление эффективности обработки аустенитных сталей упрочненными сверлами из быстрорежущей стали Р6М5

Промышленные испытания упрочненных сверл проводились на Ремонтном предприятии «Азотхимремонт» (г. Березники) при различных режимах обработки с целью определения экстремальных условий работы технологического инструмента из быстрорежушей стали.

Установлено, что нанесение пленок ZrN при соблюдении сочетания оптимальных технологических параметров позволило увеличить стойкость режущего инструмента из быстрорежущей стали при обработке аустенитной стали 12Х18Н10Т в 1,7 раза и повысить качество обработанной поверхности.

Таблица 9.

Результаты промышленных испытаний [7]

Тип инструмента	Диаметр, мм	Материал инструмента	V шпинделя, об/мин	V подачи, об/мин	Обрабатываемый материал	Материал пленки	Качество обработки	Количество отверстий	Время обра-ботки, мин	Скорость обработки, отв/мин	Стружка
Сверло	8	Р6М5	500	100*	12Х18Н10Т	-	4 кл.	max 60	10	6	элементная, рваные края
Zr-ZrN	6 кл.	300	30	10	сливная

* Вертикально-фрезерный станок модели 6Р13

5. Заключение

Выявлено, что для ионно-плазменных методов, в частности электродугового испарения, свойственны неравновесные условия и высокая анизотропия скоростей формирования по различным направлениям. Пленки, полученные данным методом, имеют много разновидностей структур, характеризуемых размером поликристаллической фазы, фазовым составом и морфологией поверхности.

Определено, что на ориентирование оси (111) текстуры пленок ZrN оказывает влияние положение подложки относительно потока пленкообразующих частиц. На скорость осаждения и строение поликристаллической фазы пленок ZrN влияют: состав газовой смеси и парциальное давление ее активной составляющей, положение подложки относительно потока пленкообразующих частиц, дистанция подложка-источник плазмы, состояние (подвижная или неподвижная) подложки и ее размеры.

Установлены технологические параметры, оказывающие непосредственное влияние на фазовый состав и свойства пленок ZrN, получаемых методом электродугового испарения. К таким параметрам относятся: температура подложки, температура конденсации, ток дуги, напряжение смещения на подложке, давление газовой смеси, соотношение реакционного и инертного газа газовой смеси, дистанция подложка-источник плазмы.

Проведение технологического процесса в соответствии с оптимальными технологическими параметрами позволило получить износостойкие пленки ZrN, позволяющие в сложных технологических условиях обрабатывать такие сложные материалы, как аустенитные стали, повысить стойкость инструмента из быстрорежущей стали в 1,7 раза и улучшить качество обработанной поверхности.

Увеличение сопротивляемости инструментального материала адгезионному изнашиванию при осаждении пленки ZrN обусловлено снижением склонности структур быстрорежущей стали к взаимодействию с обрабатываемым материалом за счет появления на его поверхности промежуточного тела (пленки), имеющего более устойчивые электронные конфигурации типа s2p6, повышением уровня энергетического порога, при котором не возможна адгезия инструментального материала с обрабатываемым из-за снижения касательных напряжений и температур.

Литература

1. Алиджанов Э. К., Гребенюк В. Ф., Рудаков  электронная микроскопия плазменных покрытий // Сб. докладов 6-й Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». Харьков. 2003. С.155−158.

2. , Ильин неорганических покрытий (теория, технология, оборудование). М.: Интермет Инжиниринг. 2004. 624 с.

3. , . Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления. М.: Машиностроение. 1999. 309 с.

4. , Самойлович алмаза и алмазоподобных материалов: формирование, строение и применение в электронике // Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства электронной техники). Монографический сборник. Ред.: Белянин А. Ф., М.: «Техномаш». 2003. С. 19-110.

5. Физика тонких пленок. Под ред. Г. Хасса, . Перевод с англ. Под редакцией , . М.: Мир. Т. I. 1967. 396 с.

6. Физика тонких пленок. Под ред. Г. Хасса, . Перевод с англ. Под редакцией , . М.: Мир. Т. II. 1967. 396 с.

7. , , Трофимов изучение свойств упрочняющих тонкопленочных покрытий на основе различных нитридов // Молодежная наука Верхнекамья. Материалы 2 Региональной конференции. Березники: ПГТУ. 2005. С.67−71.