слой с градиентом физико-механических, трибологических и антикоррозионных свойств. Образующийся при повышении температуры в зоне трения или резки оксидный слой Al2O3 приводит к увеличению термостойкости TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки и сохранению ее физикомеханических и трибологических свойств, к повышению сопротивляемости ТИ и ПТ к воздействию агрессивной среды.
Осаждение слоя ТiNн.с испарением двух Ti катодов позволит увеличить степень ионизации парового потока и скорость протекания плазмохимических реакций, поддержать и увеличить температуру поверхности TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки до требуемого значения, снизить неравновесность процесса ее осаждения и получить пленку стехиометрического состава со стабильными свойствами.
Осаждение Ti1–хAlхNн.с слоя одновременным испарением двух Ti и одного Al катодов позволит обеспечить равномерную скорость нагрева поверхности TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки до требуемой величины.
Многократное(неменеетрехраз) чередованиеслоевсTiNн.с иTi1–хAlхNн.с сдостижениемтемпературыверхнегослояTiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки до 730…760 К позволит обеспечить градиент структуры и состава по ее сечению, стабильные свойства каждого слоя в отдельности и разделение внешнего воздействия между ними.
Нанесение последним Ti1–хAlхN слоя пленки повысит его сопротивляемость к совместному действию истирающих, больших контактных и тепловых нагрузок, воздействию агрессивной среды.
Технологические и температурные условия подготовки подложки и формирования многокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•- Ti1–хAlхNн.с пленки и МСЗ трехкомпонентных пленок на основе нитридов металлов установлены в результате оптимизация процесса ее осаждения по
Тс и Vнагр.с. Благодаря управлению структурой и свойствами TiNп.с-•TiNн.с- Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки получен требуемый комплекс стабильных фи- зико-механических, трибологических и коррозионных свойств.
С использованием МСЗ трехкомпонентных пленок на основе нитридов металлов были установлены оптимальные температуры осаждения слоев, при которых стабилизируется структура подложки, уменьшается диаметр первичных нанокристаллитов до 5 нм, увеличивается скорость протекания стадий формирования TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки и в конечном итоге процесс формирования поликристаллических и наноструктурированных слоев смещается в область более низких температур.
136
Технология позволяет после равномерного нагрева и стабилизации структуры материала ТИ и ПТ получать многокомпонентные многослойные TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки в различном структурном состоянии и с градиентом физико-механических, трибологических и коррозионных свойств путем изменения ТемП подготовки подложки и осаждения слоев пленки с высокой адгезионной прочностью подслоя с материалом ТИ и ПТ и между слоями.
Способ получения многокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с-
Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки приведен в приложении 7.
Конструкция многокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с-
Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки основана на очередности двух- и трехкомпонентных слоев, с различным составом и свойствами и разделением
внешнего воздействия между слоями.
В соответствии с технологией методом электродугового испарения может быть получена многокомпонентная многослойная TiNп.с-•TiNн.с-
TiхZr1–хNн.с•-TiхZr1–хNн.с пленка с комплексом высоких физико-механичес- ких, трибологических и коррозионных свойств в низкотемпературных ус-
ловиях электродугового испарения, обладающая другими физико-механи- ческими и трибологическими свойствами. Градиент структуры, фазового и элементного состава и свойств достигнут за счет управления температурой формируемых слоев в соответствии с установленными в главе 3 оптимальными ТехП и ТемП ЭДИ.
Контроль состояния многокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с-
Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки с градиентом физико-механических, трибологических и коррозионных свойств в процессе и после ее осаждения
необходимо осуществлять в соответствии с приложением 2.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4
1.Многослойные пленки на основе двух-, трех- и многокомпонентных слоев нитридов элементов III и IV групп Периодической системы обеспечивают многократное повышение работоспособности и долговечности ТИ и ПТ, эксплуатируемых в горно- и нефтедобывающей, инструментальной, ремонтной, химической и оборонной промышленности, технологическом машиностроении и авиастроении.
2.Рекомендованы технологии получения новых составов многослойных двухкомпонентных и многокомпонентных пленок с комплексом функциональных свойств.
137
–Технология получения в процессе низкотемпературного электродугового испарения высокоэкономичных многослойных пленок на основе двухкомпонентных слоев Ti-•TiNп.с-TiNн.с•-TiNн.с (Zr-•ZrNп.с-ZrNн.с•-ZrNн.с)
сградиентом структуры, фазового состава и комплексом стабильных фи- зико-механических, пластичных свойств и различной износостойкостью.
–Технология получения в процессе магнетронного распыления многокомпонентных многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонент-
ных слоев Ti-TiN-•Zr-ZrN•-Zr-•TiхZr1–хN-Zr•-TiхZr1–хN (Ti-TiN-•Ti-TiN•- Ti1–хAlхN-Ti•-Ti1–хAlхN) с градиентом структуры, фазового и элементного
состава, высокой износостойкостью, термической устойчивостью и различными коррозионными свойствами.
– Технология получения в процессе электродугового испарения многокомпонентных многослойных пленок на основе трехкомпонентных слоев, разделенных металлическими нанослоями, Ti,Zr-ИБ-•TiхZr1–хN-Ti,Zr-ИБ•- TiхZr1–хN (Ti-ИБ-•Ti1–хAlхN-Ti-ИБ•-Ti1–хAlхN) с градиентом структуры, фа-
зового и элементного состава, высокой износостойкостью, термической устойчивостью, повышенной работоспособностью и различными коррозионными свойствами.
– Технология получения в процессе попеременного и одновременного протекания электродугового испарения и магнетронного распыления многокомпонентных многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонентных слоев, осажденных с использованием различных источников плазмы, TiМР-•TiNМР-ZrNЭДИ•-TiхZr1–хNМР+ЭДИ (TiМР-•ZrNМР-TiNЭДИ•-TiхZr1–хNМР+ЭДИ)
с градиентом структуры, фазового и элементного состава, высокой износостойкостью, трещиностойкостью и различными физико-механическими
итрибологическими свойствами.
–Технология получения в процессе попеременного и одновременного протекания электродугового испарения и магнетронного распыления многокомпонентных многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонентных слоев, осажденных с использованием различных источников
плазмы, TiЭДИ-•TiNМР-Ti1–хAlхNМР+ЭДИ•-Ti1–хAlхNМР+ЭДИ (TiЭДИ-•TiNМР-TiхZr1–х
NМР+ЭДИ•-TiхZr1–хNМР+ЭДИ) с градиентом структуры, фазового и элементного состава, высокой коррозионной, износо-, ударо-, тепло-, трещиностойкостью
иразличными физико-механическими и трибологическими свойствами.
–Технология получения в процессе низкотемпературного электродугового испарения многокомпонентных многослойных пленок на основе
двух- и трехкомпонентных слоев TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с (TiNп.с-•TiNн.с-TiхZr1–хNн.с•-TiхZr1–хNн.с) с градиентом фазового и элементно-
138
го состава, комплексом физико-механических, трибологических и коррозионных свойств.
Осаждение многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонентных слоев с использованием одного источника плазмы либо при попеременной и одновременной работе различных источников для получения градиента структуры, фазового и элементного состава необходимо осуществлять при оптимальных ТемП и ТехП.
3.Технологии получения МП на основе двух-, трех- и многокомпонентных поликристаллических и наноструктурированных слоев нитридов элементов III и IV групп Периодической системы рекомендуется использовать для упрочнения и защиты ТИ и ПТ в горно- и нефтедобывающей, инструментальной, ремонтной, химической и оборонной промышленности, технологическом машиностроении и авиастроении.
4.На основании оценки экономического эффекта упрочнения технологического инструмента и пар трения путем осаждения многослойных
пленок на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трехкомпонентных TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многокомпонентных Ti-B-Si-N слоев пленок установлен объем предполагаемой прибыли за 7 лет (при условии ежегодного роста производств), который составил 290 млн руб. (приложение 8).
139
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.В учебном пособии приводятся комплексные методики исследования фазового и элементного состава, структуры и свойств многокомпонентных многослойных пленок на основе наноструктурированных и поликристаллических слоев нитридов элементов III и IV групп Периодической системы и критерии выбора их слоев.
2.Технология получения многокомпонентных многослойных
TiМР-•TiNМР-ZrNЭДИ•-TiхZr1–хNМР+ЭДИ (TiМР-•ZrNМР-TiNЭДИ•-TiхZr1–хNМР+ЭДИ)
пленок, позволяющих значительно повысить стойкость режущего инструмента при комплексном воздействии высоких температур, давлений и скоростей, рекомендована для изготовления пар трения с высокой коррозионной, износо-, ударо-, тепло- и трещиностойкостью.
3. Технология получения многокомпонентных многослойных
TiЭДИ-•TiNМР-Ti1–хAlхNМР+ЭДИ•-Ti1–хAlхNМР+ЭДИ (TiЭДИ-•TiNМР-TiхZr1–хNМР+ЭДИ•- TiхZr1–хNМР+ЭДИ) пленок показана для улучшения износо- и трещиностой-
ких, физико-механических и антифрикционных свойств сверл из быстрорежущих сталей и повышения прочности на изгиб ТИ и ПТ и стойкости их поверхности к истирающим нагрузкам.
4. Технология получения многокомпонентных многослойных
Ti,Zr-ИБ-•TiхZr1–хN-Ti,Zr-ИБ•-TiхZr1–хN (Ti-ИБ-•Ti1–хAlхN-Ti-ИБ•-Ti1–хAlхN)
пленок эффективна для повышения износо-, теплостойкости и коррозионной стойкости сверл и фрезы из быстрорежущих сталей и значительного улучшения эффективности обработки коррозионно-стойких, жаропрочных, конструкционных легированных и углеродистых сталей (без термообработки, техническая необходимость) и наплавленного металла электродов.
5.Упрочнение мелкоразмерного инструмента необходимо проводить на основании экспериментально полученной зависимости его температуры от диаметра и продолжительности нагрева. Для теплоотвода от мелкоразмерного инструмента в процессе осаждения МП на основе двухкомпонентных TiN слоев рекомендовано использовать бронзовую оснастку для низкотемпературного упрочнения мелкоразмерного инструмента.
6.Технология получения многослойных Ti-•TiNп.с-TiNн.с•-TiNн.с (Zr-•ZrNп.с-ZrNн.с•-ZrNн.с) пленок показана для многократного улучшения износо-, тепло- и трещиностойких свойств рабочих поверхностей пар трения топливорегулирующей аппаратуры.
140