1.4. Выводы и постановка задач

Проанализированы характер износа протяжки, материалы покрытий и их свойства, методы нанесения. Установлено, что наиболее приемлемым покрытием является карбонитрид титана, а наиболее рациональный способ его нанесения является ионно-плазменное напыление методом КИБ.

В связи с этим в дальнейших разделах поставлены следующие задачи:

• выбрать оборудование для ионно-плазменного напыления;

• разработать технологию ионно-плазменного напыления;

• спроектировать приспособление для ионно-плазменного напыления;

2. Технологический раздел

2.1.Нанесение покрытий методом конденсации из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой поверхностей

Метод КИБ основан на генерации вещества катодным пятном вакуумной дуги сильноточного низковольтного разряда, развивающегося исключительно в парах материала электрода.

Подача в вакуумное пространство реагирующих газов (азот) в условиях ионной бомбардировки приводит к конденсации покрытия благодаря протеканию плазмохимических реакций [7].

Все процессы испарения, образования соединений, ионной бомбардировки и конденсации покрытия происходят в вакуумной камере, где вращающийся стол, загруженный напыляемыми деталями, находится под отрицательным потенциалом напряжения смещения. Катод изготавливают из тугоплавкого металла, подлежащего испарению. В дуговом разряде на катоде происходит ионизация испарившегося вещества, что приводит к образованию высокоскоростных потоков, состоящих как из заряженных, так и из нейтральных частиц металла катода.

При этом ионы металла дополнительно ускоряются вблизи поверхности покрываемых изделий за счет напряжения смещения. Вступают в реакцию с реагирующим газом. Бомбардируют поверхность изделия, образуя покрытие в виде химического соединения.

Характерной особенностью метода КИБ является высокая химическая активность испаряющегося материала, обусловленная образованием конденсата при электродуговом испарении материала катода, за счет которого конденсат преобразуется в высокоионизированный поток низкотемпературной плазмы [7].

Степень ионизации испаряемого металла зависит от кристаллохимической природы испаряемого металла. Так как поверхность деталей в процессе осаждения подвергается интенсивной бомбардировке ионами испаряемого вещества, то происходит частичное его распыление, а также повышение температуры в зоне формирования покрытия.

В результате возрастает подвижность атомов на поверхности деталей. Происходит активизация химических реакций между конденсатом и компонентами реакционной газовой смеси.

2.2. Выбор материалов для напыления методом киб.

Ионно-плазменный метод напыления получил широкое распростраанение для напыления покрытий на основе карбонитрида титана. Покрытия на его основе имеют достаточно высокую твердость, которая находится в диапазонах 16,0…24,0 ГПа.

Применение титана в качестве напыляемого вещества целесообразно с точки зрения дешевизны и доступности, по сравнению с другими веществами (Zr, Hf и пр.) Важным фактором при выборе материала являеттся возможность использования более низких температур при нанесении покрытия, что положительно сказывается на структуре материала изделия.

В соединении TiCN используется титан ВТ1-0 в качестве катодо-генераторов плазмо-испарителей (рис.6.). Для обеспечения стабильной работы генераторов плазмо-испарителей (электродов токоподвоодящих) необходимо при сборке и смене катодов выдерживать размеры. В качестве реагирующего газа используется смесь азота (газообразный особой чистоты ГОСТ 9293-74) (88%) и ацетилена (растворенный технический ГОСТ 5457-75) (12%).

Химический состав титана ВТ1-0: Ti – 98,61…99,7%, Fe - до 0,18%, O - до 0,12%, Si - до 0,1%, C - до 0,07%, N - до 0,04%, H - до 0,01%, прочих примесей – 0,3%.

Рис.6. Катод (титан ВТ1-0)