Введение

Изучение влияния сильноточных электронных пучков на изменения происходящие в твёрдых телах, имеет большое значение для развития науки и промышленности. Обработка поверхности инструментальных сплавов при помощи сильноточных электронных пучков сопровождается формированием многослойной многофазной мелкодисперсной структуры у поверхности материала[1]. Широкий спектр регулирования независимых настроек режима обработки оставляет большое поле для исследований в области модификации поверхности сильноточными электронными пучками. Процессы, происходящие при воздействии сильноточных электронных пучков на поверхности и незначительной глубине обрабатываемого материала, позволяют проводить уникальную модификацию поверхности[2]. В отличие от традиционных способов модификации поверхности, таких, как закалка, отжиг, ударно-волновое нагружение, на материалы производится одновременно радиационное, тепловое и механическое воздействие. Получаемая при этом модифицированная поверхность обладает характеристиками, превосходящими таковые для необработанных образцов в несколько раз[3]. Однако стоит обратить внимание, что изменения, вносимые обработкой СЭП, могут приводить к ухудшению эксплуатационных характеристик поверхности[1]. Именно поэтому достаточно остро стоит проблема выявления оптимальных режимов обработки материалов для достижения максимально возможных требуемых характеристик. Изучение изменений микрорельефа поверхности, структурно-фазового состояния приповерхностных областей при облучении СЭП ведёт к решению указанной выше проблемы, а также способствует увеличению научного знания в данной области. Накопление информации по влиянию СЭП на свойства и структуру твёрдых тел может дать возможность теоретически предсказывать последствия облучения и создавать материалы с выдающимися характеристиками[1-5].

1.Литературный обзор

1.1 Метод киб (Конденсации с Ионной Бомбардировкой)

Метод КИБ основан на генерации вещества катодным пятном вакуумной дуги сильноточного, низковольтного разряда, развивающегося исключительно в парах материала катода. Подача в вакуумное пространство реагирующих газов (азота, метана и других) в условиях ионной бомбардировки приводит к конденсации покрытия на рабочих поверхностях режущего инструмента благодаря протеканию плазмохимических реакций. Применительно к образованию нитридов плазмохимическая реакция имеет вид: Me+N→MeN.

Катод изготовляют из тугоплавкого материала, подлежащего испарению. Под действием первичных электронов и ионов, генерирующихся в дуговом промежутке катодом, происходит ионизация испарившегося вещества и реагирующих газов, что приводит к образованию высокоскоростных потоков, состоящих как из заряженных, так и из нейтральных частиц материала катода и реагирующих газов.

Все процессы испарения, плазмохимических реакций, ионной бомбардировки и конденсации покрытия происходят в вакуумной камере, металлический корпус, который служит анодом. Характерной особенностью метода КИБ является высокая химическая активность испаряющегося материала, который состоит из ионизированного потока низкотемпературной плазмы. Конденсат в процессе осаждения покрытия подвергается интенсивной бомбардировке ионами испаряемого вещества, что приводит к его частичному распылению и повышению температуры в зоне формирования, в результате чего возрастает подвижность атомов на поверхности инструмента, происходит активация химической реакции между конденсатом и компонентами реакционной газовой смеси. Еще одной особенностью процесса КИБ является возможность ускорения ионного потока путем создания отрицательного заряда (относительно корпуса камеры) на инструменте.

Высокая плотность энергии в катодном пятне позволяет испарять любые электропроводящие материалы, в том числе тугоплавкие металлы IV-VI групп Периодической таблицы.

Рисунок 1.1.1. - Принципиальная схема вакуумно-плазменной установки,

где 1-корпус вакуум-камеры (анод); 2-режущий инструмент;

3-катод-испаритель метала ;4-электромагниты; 5-подача реакционного газа; 6-к вакуумному насосу; 7-источник питания для подачи отрицательного потенциала к режущему инструменту; 8-источник питания дуги [7].

КИБ является совокупностью двух последовательно протекающих процессов - ионной бомбардировки и конденсации покрытия. Для достижения больших плотностей ионного потока в некоторых вариантах ионно-плазменных установок используют специальные плазмооптические устройства, называемые холловскими эрозионно-плазменными ускорителями. Ускорители позволяют эффективно управлять как скоростью, так и плазменно-физическими характеристиками ионного потока. Важнейшими параметрами КИБ являются плотность потока и энергия ионов при бомбардировке поверхности инструментального материала и последующей конденсации покрытия. Энергия ионов определяется атомным строением испаряемого элемента, значением ускоряющего напряжения на режущем инструменте и кратностью заряда ионов. С учетом эффекта направленности плазменного потока в процессе ионной бомбардировки и конденсации покрытия необходимо также учитывать положение рабочих поверхностей инструмента относительно этого потока[6].

В настоящее время в промышленности эксплуатируют несколько модификации вакуумно-плазменных установок на основе технологии КИБ. Для вакуумно-плазменных методов нанесения покрытий главная цель предварительной обработки инструмента - это удаление загрязнений. Наличие таких загрязнений на обрабатываемом образце при вакуумизации приводит к загрязнению вакуума, нарушению нормального хода технологического процесса и получению покрытия низкого качества с очень плохой адгезией. Перед нанесением покрытий вакуумно-плазменным методом КИБ часто используют ручную зачистку и шлифовку. Однако такая обработка малопроизводительна и не обеспечивает воспроизводства полученных результатов[6,7].