Розвиток технології вакуумного йонно-плазмового напилення та напрями її вдосконалення

The methods of surface hardening are considered to be an effective means of improving the reliability and durability of details of machines and mechanisms, cutting tools, and technological equipment. Among the most promising of them are electrophysical coating methods, especially the method of vacuum ion-plasma deposition of coatings under ion bombardment method (CIB). The advantages of this method consist in simplicity of technological process, low energy consumption, high degree of ionization of the metal vapour, the wide capabilities of the coating deposition of various types of carbides, nitrides, oxides, pure metals, composite structures, multicomponent and multi-layered condensates by sputtering simultaneously or alternately from multiple evaporators. The evaporation of the cathode material comes from cathode spots, which are divided into three types depending on the speed of movement and erosion. To decrease fraction of droplet phase and macro-casting, use magnetic filters of different designs in the plasma flow. The filter type selection is performed depending on the part shape, the cathode material and other operating parameters of the process. Evaporators are divided according to the way of keeping cathode spot in the surface evaporation of the cathode and the effect on cathode spot with the aim of giving it a certain speed on a certain trajectory. Therefore, there are different designs of evaporators of the first type such as with insulated screens, magnetic confinement of cathode spot, focus the plasma flow, with autostability of cathode spot, combined with the contents of cathode spot on the surface of long cathodes in areas with minimal voltage, and for multi-component coatings. The most versatile coatings are the TiC-TiCN-TiN with a gradual transition in TiCN from TiC to TiN, coating TiC-Al2O3-TiN, TiN-Al2O3, and TiC-Ti (CNО)-Al2O3∙Cr2O3 etc. Molybdenum coatings are considered to be promising. High hardness and low coefficient of Mo2N friction determines its high tribological properties. Studies have shown that the wear of the Mo2N coatings 10 times less than that of similar steels after nitrocarburizing. Mo2S has a very low coefficient of friction of 0.002, because the molybdenum atom is surrounded by sulfur atoms, the relationship between them is carried out only by weak van-der-Waals forces, but it has low hardness and wear resistance. Introduction to crystal lattice Mo2S Ti, Cr, Zr, W improves these properties. The value of the coefficient of friction is increased from 0.02 to 0.12, but is acceptable to use such coatings in friction pairs. Recently intense research is being conducted to create nanostructured coatings that provide a significant increase in hardness and wear resistance for maximum crystallite grinding. The main methods that control the size and orientation of crystallites are the ion bombardment and modification. Thus, we may conclude that it is necessary to pay attention to the study of the properties of coatings, working in conditions of simultaneous exposure to mechanical loads and technological fluids in the future.Проаналізовано існуючі способи нанесення вакуумних покриттів. Обґрунтовано переваги методу вакуумного йонно-плазмового напилення покриттів в умовах йонного бомбардування (метод КІБ), порівняно з іншими. Наведено класифікацію катодних плям (КП) та їхній вплив на величину ерозії катода. Встановлено залежності струму розряду, при якому починається поділ КП, і величин коефіцієнтів ерозії від матеріалу катода. Охарактеризовано структуру та фазовий склад плазмової дуги та їхній вплив на ступінь іонізації. Наведено відомості про типи магнітних фільтрів різноманітних конструкцій для зменшення у плазмовому потоці частки крапельної фази та макрочастинок. Розглянуто типи випаровувачів та їхню класифікацію залежно від способу утримання КП на поверхні випаровування катода та від впливу на КП з метою надання їй певної швидкості руху по визначеній траєкторії. Наведено вимоги до конструкції випаровувачів, розглянуто їхні основні типи. Проаналізовано результати дослідження трибологічних характеристик, залишкових напружень покриттів на підставі Ті, Zr, Mo, Al, Cr, W. Висвітлено принципи формування багатошарових покриттів. Охарактеризовано способи одержання наноструктурних покриттів. Зроблено висновок про необхідність звернути увагу на дослідження властивостей покриттів, які працюють в умовах одночасного впливу механічних навантажень і технологічних середовищ

Вплив зональності стовбура на триботехнічні характеристики пари тертя "деревина – сталь з йонно-плазмовим покриттям"

The results of the conducted researches show that the evaporation of vacuum ion-plasma coatings on a tool working in contact with wood significantly reduces such indicators as friction force, wear intensity and cutting force. It is found that the range of change of the friction force along the fibres, depending on the location of the specimen on the height of the trunk, correlates with the range of change of the face hardness, and the decrease in the friction force of indenters with ion-plasma coatings in comparison with other methods of strengthening does not depend on what height of the trunk is taken specimen and is from 1.5…2.9 times for oak; 1,5…3,1 – for beech; 1.3…3.1 – for pine; 1,4…3,5 – for fir. In the case of friction across the fibres, the range of change on the friction force, depending on the location of the specimen on the height of the trunk, does not correlate with the range of hardness change, that is, in deciduous species the friction force is less than that which could be predicted based on the ratio of specimens hardness in different parts of the trunk. To determine the deviation from the expected value of the friction force, the coefficient of compliance is introduced. The reasons for the relative reduction of resistance to friction may be due to the following factors. The content of lignin, which determines the strength of trunks, in wood of pine and fir ranges from 26 to 30 %, and in oak and beech is 20…24 %. All the analyzed species contain gemicellulose about the same amount – 22…26 %. It consists of hexosans (C6H10O5) п and pentosans (C5H804) n. But the content of hexosans with a higher molecular weight in coniferous species is twice as large as in deciduous. The mechanical function in coniferous species is also made of tracheid fibres, the length of which is 4…6 mm. Libriform fibres that perform a similar function in deciduous, have a length of up to 1 mm. Peculiar ribs of hardness of hardwood trees are core rays. In oak their volume reaches 30 %. But they are oriented in the radial direction, so during the motion of the indenter across the fibres do not substantially impede its displacement. When friction of the indenter with a coating on wet wood, the friction force decreases for all investigated species at any height of the trunk in 1.7…2.3 times, which can be explained by the fact that moisture acts as a lubricant. The least value of the friction force of 0.1 H×10-2 was recorded in the friction pair "Ti-Ni-N + TiN coating – a specimen from the upper part of the fir trunk" after six passes of the indenter along the fibres. The results of studies on determining of wear intensity and friction force have shown that its values decrease in the sequence (Ti-Ni-N) – (TiN) – (Ti + TiN) – (Ti-Ni-N + TiN) in all variants of the ratio of regime cutting parameters.Наведено результати досліджень сили тертя, інтенсивності зношування та сили різання сталі Р6М5 з йонно-плазмовими покриттями. Показано, що їх нанесення на інструмент, що працює в контакті з деревиною, істотно зменшує ці показники. Виявлено, що діапазон зміни сили тертя вздовж волокон залежно від розташування зразка за висотою стовбура корелює з діапазоном зміни торцевої твердості, а зменшення сили тертя інденторів з йонно-плазмовими покриттями порівняно з іншими методами зміцнення, не залежить від того, з якої висоти стовбура взято зразок і становить 1,5…2,9 раза для дуба; 1,5…3,1 – для бука; 1,3…3,1 – для сосни; 1,4…3,5 – для ялиці. Встановлено, що під час тертя поперек волокон діапазон зміни сили тертя залежно від розташування зразка за висотою стовбура не корелює з діапазоном зміни твердості, тобто в листяних порід сила тертя є меншою від того значення, яке можна було б спрогнозувати, ґрунтуючись на співвідношенні твердості зразків у різних частинах стовбура. Для визначення відхилення від очікуваного значення сили тертя введено коефіцієнт відповідності. Наведено причини відносного зменшення опору тертю. З'ясовано, що під час тертя індентора з покриттям по вологій деревині сила тертя зменшується для всіх досліджуваних порід на будь-якій висоті стовбура в 1,7…2,3 раза. Найменше значення сили тертя 0,1 Н×10-2 зафіксовано в парі тертя "покриття Ті-Ni-N + ТіN – зразок із верхньої частини стовбура ялиці" після шести проходів індентора вздовж волокон. Результати досліджень з визначення інтенсивності зношування та сили тертя показали, що значення цих величин зменшуються в послідовності (Ті-Ni-N) – (ТіN) – (Ті+ТіN) – (Ті-Ni-N + ТіN) за всіх варіантів співвідношення режимних параметрів різання