3.4. Технологические способы влияния на качество покрытия и

параметры его конденсации

Рассмотрим особенности вакуумно-плазменных покрытий методом КИБ на основе карбонитридов тугоплавких металлов. Большое применение в качестве износостойких покрытий получили титаносодержащие покрытия.

Одним из важнейших параметров процесса напыления покрытий является температура. Изменение температурного режима конденсации покрытий приводит к изменению параметров их структуры и механических свойств. Снижение температуры повышает период кристаллической решетки а, полуширину рентгеновской линии β₁₁₁, что свидетельствует о микродеформации кристаллической решетки и ведет к увеличению микротвердости Н_μ покрытия (табл. 8). С другой стороны, уменьшение температуры конденсации снижает прочность сцепления покрытия с инструментальной основой К₀ и его трещиностойкость, вызывает рост сжимающих остаточных напряжений σ₀.

Таблица 8

Изменение свойств покрытий в зависимости от температуры

Тк, °С	Структурные свойства			Механические свойства
	а, нм	β111, градус	σ0, МПа	Нμ, ГПа	К0
350	0,4250 ± 0,004	14,0 ± 0,5	-420 ± 50	27,0 ± 2,2	2,4 ± 0,1
450	0,4250 ± 0,004	11,0 ± 0,5	-150 ± 20	25,2 ± 2,0	2,4 ± 0,1
550	0,4249 ± 0,004	9,0 ± 0,3	-100 ± 20	23,2 ± 0,7	2,4 ± 0,1
650	0,4242 ± 0,005	9,0 ± 0,3	220 ± 20	21,2 ± 2,0	2,4 ± 0,1

Для получения высокой микротвердости и износостойкости покрытия при низкой температуре конденсации и высокой прочности сцепления с инструментальной основой при высокой температуре покрытие наносится в два этапа за один технологический цикл. Первый слой, непосредственно примыкающий к инструментальной основе, осаждается при высокой температуре конденсации, что обеспечивает высокую прочность сцепления с инструментальной основой; верхний слой - при возможно меньшей температуре, что позволяет получить высокие твердость и износостойкость покрытия. Данная технология позволяет повысить работоспособность режущего инструмента с покрытием в 2-3 раза, может быть использована для покрытия любого состава и не требует дополнительных затрат, так как реализуется только за счет изменения температурного режима конденсации покрытия [14].

При разработке технологических процессов покрытия деталей важным фактором является знание состава плазменного потока и изменения его характеристик в зависимости от внешних параметров.

Основными характеристиками плазмы являются: температура электронов, концентрация ионов и степень ионизации вещества катода. Также, важнейшим параметром процесса КИБ является давление реакционного газа.

По мере роста давления газа значительно уменьшается уровень микроискажений кристаллической решетки, растет ее пластичность, параметр решетки увеличивается до уровня, соответствующего карбонитридотитанового соединения. При этом значительно снижается хрупкость покрытия, в то время как твердость его еще достаточно высока.

В области малых давлений твердость покрытия резко падает, такое покрытие плохо сопротивляется изнашиванию. По температуре электронов определяют тепловое воздействие плазменного потока на покрываемые изделия, концентрация ионов определяет скорость покрытия, а степень ионизации влияет на качество образующегося слоя.

Большое влияние на формирование покрытия оказывает плотность потока и энергия ионов в процессах бомбардировки и конденсации покрытия. В сочетании со временем воздействия энергия ионов определяет температуру на рабочих поверхностях изделия, функции которой весьма важны с точки зрения создания необходимого энергетического уровня [7] .

Влияние ионной температуры на стойкость изделия способствует и термомеханической активизации и прочностному удержанию покрытия на поверхности. При низких температурах наблюдается тенденция полного отслаивания покрытия. При температурах выше оптимальной имеется тенденция разупрочнения [7].

Исследования силы тока на катоде испарителя из хрома на температуру электронов и концентрацию ионов в разных пространственных точках камеры показали:

- температура электронов незначительно увеличивается с ростом тока дуги и практически не изменяется от точки измерения;

- концентрация ионов растет линейно с увеличением силы тока и уменьшается с увеличением расстояния от катода (рис. 17).

Рис.17. Зависимость концентрации ионов от тока дуги

При исследованиях по изменению скорости конденсации покрытия

из карбонитрида титана по сечению плазменного потока выявилась следующая тенденция: при увеличении тока фокусирующей катушки от 0 до 0,8 А увеличивается скорость конденсации покрытия на оси электрода испарителя и уменьшается в направлении от оси электрода к его краям;

при увеличении тока дуги скорость конденсации покрытия увеличивается многократно (рис. 18). Таким образом, в зависимости от размеров изделия, можно с помощью тока дуги и фокусирующей катушки регулировать скорость и равномерность конденсации покрытия.

Рис.18. Изменение скорости конденсации покрытия по сечению плазменного потока

При исследованиях по изменению скорости конденсации покрытия

из карбонитрида титана по высоте вакуумной камеры выявилась, что распределение толщины покрытия по высоте вакуумной камеры происходит неравномерно, и существенно меняется в течение времени, достигая разницы между максимальным и минимальным значениями – 4мкм (рис. 19).

Рис.19.Распределение толщины покрытия по длине камеры

Данные исследования позволяют нам, в зависимости от габаритов изделия и конструкции приспособления, корректировать режим напыления, что в свою очередь позволяет уменьшить время и повысить точность процесса напыления.