Технологии и оборудование для восстановления геометрических размеров

Окончание.Начало см. журнал «ТЕХНОmagazine», май и по ссылке тут

Технологии осаждения

Осаждение — это методы нанесения защитных покрытий микронной толщины (менее 5—10 мкм) путем их конденсации на поверхности изделий из паровой (газовой) фазы в условиях обработки плазменными струями, истекающими при атмосферном давлении.

Отличительными свойствами методов является обеспечение высокой адгезионной прочности покрытий к основе за счет применения физических процессов подготовки и активации поверхности (нагрева, предварительной очистки, электронной обработки и бомбардировки ионами инертных газов) и химического сродства материала покрытия с адсорбированными поверхностными пленками обрабатываемых материалов.

06_Plasma_1.jpg 

Процесс образования покрытий обеспечивается за счет прохождения гетерогенных процессов на поверхности изделий при осаждении высокоэнергетических ионов, а также атомов и молекул с участием плазмохимических процессов. В процессах осаждения покрытий при атмосферном давлении для прохождения плазмохимических реакций используются дуговой или высокочастотный плазмотроны.

Назначение процессов осаждения — изготовление деталей машин и механизмов, технологической оснастки и инструмента, предусматривающее финишный способ нанесения тонкопленочных покрытий различного применения. Например, изготовление инструмента, штампов, пресс-форм, ножей, фильер, подшипников и др. деталей машин со специальными свойствами поверхности: износостойкостью, антифрикционностью, коррозионностойкостью, жаростойкостью, разгаростойкостью, антисхватыванием, стойкостью против фреттинг-коррозии.

Эффект от осаждения тонкопленочных покрытий достигается за счет изменения физико-механических свойств поверхностного слоя: увеличения микротвердости, уменьшения коэффициента трения, создания сжимающих напряжений, залечивания микродефектов, образования на поверхности диэлектрического и жаростойкого пленочного покрытия с низким коэффициентом теплопроводности, химической инертностью и специфической топографией поверхности.

Технологический процесс осаждения проводится при атмосферном давлении и состоит из операций предварительной очистки (любым известным методом) и непосредственно нанесения тонкопленочного покрытия путем взаимного перемещения изделия и плазмотрона. Скорость перемещения — 1—10 мм/с, расстояние между плазмотроном и изделием — 10—20 мм, диаметр пятна упрочнения — 12—15 мм. Температура нагрева деталей при осаждении не превышает 100 °С. Параметры шероховатости поверхности после такого нанесения покрытия не изменяются. В качестве плазмообразующего газа используется аргон, исходными материалами для прохождения плазмохимических реакций и образования покрытия являются различные жидкие препараты. Их расход в большинстве случаев не превышает 0,5 г/ч (не более 0,5 л в год).

По сравнению с аналогами — ионно-плазменным напылением, лазерным и электроискровым упрочнением, эпиламированием, нанесением кластерных покрытий — процесс безвакуумного осаждения тонкопленочных покрытий имеет следующие преимущества:
• высокая воспроизводимость и стабильность упрочнения за счет контроля за нанесением покрытия непосредственно в процессе его осаждения;
• проведение процесса упрочнения на воздухе при температуре окружающей среды не требует применения вакуумных или других камер и ванн;
• вследствие нанесения тонкопленочного покрытия (толщиной не более 5 мкм), укладывающегося в допуски на размеры деталей, процесс упрочнения используется в качестве окончательной финишной операции;
• отсутствие изменений параметров шероховатости поверхности после процесса упрочнения;
• минимальный нагрев в процессе обработки (не более 100 °С) не вызывает деформаций деталей, а также позволяет упрочнять инструментальные стали с низкой температурой отпуска;
• возможность упрочнения локальных (по глубине и площади) объемов деталей в местах износа с сохранением исходных свойств материала в остальном объеме;
• тонкопленочное покрытие по микротвердости наиболее близко к алмазоподобным покрытиям;
• образующиеся на поверхности после осаждения покрытия, сжимающие остаточные напряжения, при циклической нагрузке повышают усталостную прочность изделия (для сравнения: после операции шлифования возникают растягивающие напряжения, ведущие к снижению усталостной прочности);
• высокая адгезионная прочность сцепления покрытия с основой обеспечивает максимальную сопротивляемость истиранию (в том числе — при взаимодействии инструмента с обрабатываемым материалом);
• низкий коэффициент трения способствует подавлению процессов наростообразования при резании или налипания при штамповке и прессовании;
• формирование специфического микрорельефа поверхности способствует эффективному его заполнению смазочно-охлаждающей жидкостью при эксплуатации инструмента и деталей машин;
• образующееся на поверхности тонкопленочное аморфное (стеклообразное) покрытие защищает изделие от воздействия высокой температуры (испытания на высокотемпературную воздушную коррозию в течение 100 часов при температуре 1000 °С);
• высокая производительность упрочнения (время обработки, например, кромок вырубного штампа средних размеров может составлять несколько минут);
• простота операций по очистке и обезжириванию перед упрочнением (отсутствие специальной предварительной подготовки);
• возможность упрочнения поверхностей деталей любых габаритов в ручном или автоматическом режимах;
• минимальное потребление и низкая стоимость расходных материалов;
• низкая потребляемая мощность установки для упрочнения — менее 6 кВт;
• незначительная площадь, занимаемая оборудованием — 1—3 м2;
• малогабаритный плазмотрон для упрочнения (массой около 1 кг) может быть легко закреплен на манипуляторе, в руке робота, а также позволяет вести обработку вручную;
• транспортабельность и маневренность оборудования (масса оборудования около 100 кг);
• экологическая чистота процесса в связи с отсутствием отходов при упрочнении;
• минимальный уровень шума, не требующий специальных мер защиты;
• в отличие от методов упрочнения с использованием поверхностно-активных веществ в данной технологии отсутствуют особые требования к помещению, нет контактирования с токсичными материалами, не требуется затрат времени на выдержку в растворах и сушку обработанных деталей;
• возможность образования профилированных углублений путем обработки поверхности путем осаждения покрытия и образования рабочих зазоров 2—3 мкм (например, для газодинамических подшипников).

Внедрение современных технологий восстановления и упрочнения, в том числе плазменных методов обработки, позволит повысить эффективность работы любых промышленных производств.

Комментарии пользователей

Извините, но у Вас не достаточно прав для добавления комментария.

Авторизация