7. Технология получения многокомпонентных многослойных
TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с (TiNп.с-•TiNн.с-TiхZr1–хNн.с•-TiхZr1–хNн.с)
пленок эффективна для получения градиента физико-механических, коррозионных, износо- и трещиностойких свойств поверхности составных сверл и значительного повышения эффективности нефтедобычи и увеличения скорости проходки скважины.
8. Технология получения многокомпонентных пленок на основе двух- и трехкомпонентных наноструктурированных и поликристаллических TiхZr1–хN, TiC-TiZrN-TiC и Ti1–хAlхN слоев с градиентом физико-механи- ческих, коррозионных, износо-, тепло- и ударостойких свойств позволяет повысить эксплуатационную стойкость горнодобывающего инструмента проходческих комбайнов, обрабатывающих сильвинитовую руду.
9. Технология получения высокоэкономичных многослойных двух-
компонентных Ti-•TiNп.с-TiNн.с•-TiNн.с (Zr-•ZrNп.с-ZrNн.с•-ZrNн.с) пленок по-
казана для улучшения износо-, тепло- и трещиностойких свойств поверхности подшипников скольжения высокоэнергетических машин.
10. Технология получения многокомпонентных многослойных
Ti-TiN-•Zr-ZrN•-Zr-•TiхZr1–хN-Zr•-TiхZr1–хN (Ti-TiN-•Ti-TiN•-Ti1–хAlхN-Ti•- Ti1–хAlхN) пленок позволит значительно улучшить износо- и теплостойкие,
антифрикционные и коррозионные свойства фрез и паяных резцов, эффективность обработки ими труднообрабатываемых материалов.
11. Перед осаждением вновь разработанных МП необходимо проводить многоступенчатую технологию подготовки поверхности ТИ (ПТ) и тестовых образцов.
141
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1.На функциональные свойства слоев и многослойных пленок
вцелом оказывают влияние внешние (метод осаждения; технологические особенности и количество источников плазмы; способ термической обработки подложки; элементный состав, метод изготовления и охлаж-
дения катодов/мишеней) и внутренние (Тподл/Тпл, Тнач.с, Vнагр.с в процессе осаждения, структура, фазовый и элементный состав, свойства слоев
пленок) факторы.
2.Технологии термической обработки подложки перед осаждением МП позволяют устранить последствия технологическо-эксплуатационной наследственности технологических операций и переходов изготовления ТИ и ПТ, управлять температурой подложки, степенью равномерности ее нагрева, а также температурой подслоя, равной температуре начального слоя МП.
3.Процесс структурообразования и дефектообразования материала
взоне эрозии/области распыления однокомпонентных и многокомпонентных композитных катодов/мишеней зависит от температуры плавления, теплопроводности и элементного состава материала, способа охлаждения и изготовления катодов/мишеней и технологических особенностей и количества источников плазмы. Необходимо внедрять способы устранения последствий технологическо-эксплуатационной наследственности технологических операций и переходов изготовления катодов/мишеней и стабилизации процесса структурообразования материала однокомпонентных и многокомпонентных композитных катодов/мишеней.
4.Комплексные методики оценки фазового и элементного состава, термической стабильности и напряжений в многокомпонентных системах на основе нитридов тугоплавких и/или легкоплавких металлов и их соединений с неметаллами позволяют построить фрагмент изотермического сечения фазовой диаграммы равновесия Ti1–хAlхN тройной системы при 1400 К.
5.Фазовые и структурные превращения, изменение элементного состава слоев на основе нитридов элементов III и IV групп Периодической системы зависят от ТехП формирования, технологических особенностей и количества источника плазмы, процессов испарения/распыления катодов/мишеней, термической обработки подложки процесса осаждения слоев МП, выражающиеся в увеличении размера кристаллитов и микронапряжений КР, смене однокомпонентной текстуры на двухили многокомпо-
142
нентную, изменении степени текстурированности слоев пленок, объемных долей кубических c-TiN, c-ZrN и c-TiZrN2 фаз в слоях на основе нитридов тугоплавких металлов (TiN, ZrN и TiхZr1–хN) и гексагональных h-Ti2AlN и h-Ti3Al2N2 фаз – в слоях на основе нитридов тугоплавкого и легкоплавкого металлов (Ti1–хAlхN) и их полной свободной энергии, содержания легирующего металла Zr (Al) и отношения его к содержанию Ti. Зависимость фазового и элементного состава от ТемП осаждения позволяет по фазовому составу слоев пленок определять ТемП его осаждения.
6.МСЗ двух- и трехкомпонентных слоев на основе нитридов тугоплавких и/или легкоплавких металлов устанавливают зависимость их структуры от ТехП и ТемП процесса термической обработки подложки и осаждения, способа изготовления и охлаждения катодов/мишеней, типа и количества источников плазмы. Процесс структурообразования формируемых наноструктурированных и поликристаллических двух-, трех- и многокомпонентных слоев зависит от типа и количества источников плазмы.
7.Комплексная система контроля и управления всеми процессами, участвующими в формировании МП на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трехкомпонентных TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многокомпонентных Ti-B-Si-N
слоев, обеспечивает комплекс функциональных свойств и наивысшее качество ТИ и ПТ при высокой воспроизводимости результатов. Оптимальные сочетания ТехП и ТемП полностью исключают дефектность формируемых МП и обеспечивают стабильность их эксплуатационных свойств.
8.Структура, фазовый и элементный состав, функциональные свойства двух-, трех- и многокомпонентных слоев нитридов элементов III и IV групп Периодической системы оказывают влияние на функциональные свойства МП. Принцип выбора слоев для получения МП основан на повторении слоев не только различных материалов, но и одного материала различного строения, с комплексом функциональных свойств.
9.Механизм формирования МП с градиентом структуры, фазового
иэлементного состава, комплексом функциональных свойств основан на том, что для получения МП необходимо последовательно осаждать двух-, трех- и многокомпонентные слои нитридов элементов III и IV групп Периодической системы с заданным строением, фазовым и элементным составом, функциональными свойствами.
10.Повторяющиеся слои на основе нитридов элементов III и IV групп Периодической системы сообщают конструкциям МП градиент поверхностных ФМС, ИАС, коррозионных, трещиностойких и теплостойких свойств
инизкую хрупкость.
143
11.Технология получения МП с градиентом структуры, фазового
иэлементного состава и комплексом функциональных свойств основана на комплексной системе контроля и управления всеми процессами, участвующими в формировании МП и обеспечении наивысшего качества ТИ и ПТ при высокой воспроизводимости результатов. Оптимальные сочетания ТехП полностью исключают дефектность формируемых МП и обеспечивают стабильность свойств осаждаемых слоев.
12.МП на основе нитридов элементов III и IV групп Периодической системы рекомендованы к применению в горно- и нефтедобывающей, инструментальной, ремонтной, химической и оборонной промышленности, технологическом машиностроении и авиастроении.
13.Применение МП на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трех-
компонентных TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многокомпонентных Ti-B-Si-N слоев, получаемых в условиях ЭДИ, МР, ЭДИ+МР, приводит к улучшению ФМС, ИАС, коррозионных, ударо-, тепло- и трещиностойких свойств ТИ и ПТ в технологическом машиностроении, в инструментальном и ремонтном производствах, авиастроении.
14.Для обоснованного выбора составов вновь разработанных МП
иметодов их формирования необходимо проводить детальное изучение процессов изнашивания ТИ и ПТ. Использование МП на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трехкомпонентных TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многоком-
понентных Ti-B-Si-N слоев для упрочнения и защиты ТИ и ПТ позволит обрабатывать такие сложные материалы, как нержавеющие стали и жаропрочные сплавы.
15.Использование разработанных технологических процессов получения МП на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трехкомпонентных
TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многокомпонентных Ti-B-Si-N слоев позволит повысить скорость нефтедобычи в 5 раз, стойкость режущего инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сталей при обработке аустенитных и жаропрочных сталей, стойкость режущего инструмента при обработке калийной руды, стойкость пар трения топливорегулирующей аппаратуры. Выбор на основании комплексных исследований состава и технологии осаждения разработанных МП позволяет применять их для упрочнения ТИ и ПТ в различных отраслях промышленности.
16.МП на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трехкомпонентных
TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многокомпонентных Ti-B-Si-N слоев позволят создать серию ТИ и ПТ, существенно превышающих мировой уровень по свойствам и условиям эксплуатации, для машиностроительных, инстру-
144
ментальных, ремонтных предприятий и предприятий нефтяной промышленности. Такой подход не только обеспечит потребности машиностроительных отраслей в России, но и позволит выйти на внешние рынки, используя накопленный опыт и развитые ранее направления по использованию ионно-плазменных методик в электронном машиностроении. Одновременно будут обеспечены возможности технологического перевооружения ряда инструментальных и машиностроительных заводов, где предполагается начать освоение технологий и промышленное производство на их базе ряда перспективных ТИ и ПТ. Многофункциональные МП на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трехкомпонентных TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN
имногокомпонентных Ti-B-Si-N слоев могут использоваться для упрочнения и защиты ТИ и ПТ различного назначения, в том числе для предприятий машиностроительного и авиастроительного комплексов.
17.Предполагаемый объект коммерциализации − ТИ и ПТ с термически и химически стойкими (для изделий машиностроения), упрочняющими и износостойкими с пониженным трением (для ТИ и ПТ) многофункциональными МП на основе двухкомпонентных TiN, ZrN, трехком-
понентных TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многокомпонентных Ti-B-Si-N слоев, получаемых по оптимальным технологиям методами МР, ЭДИ и комбинированным методом, может быть использован для работы на любом технологическом оборудовании нового поколения. Прогнозируемые годовые объемы реализуемой продукции в текущих ценах определяются следующими факторами: обеспечение потребности разработчиков и производителей элементной базы и освоение производства изделий машиностроения
иобрабатывающего инструмента; обеспечение окупаемости вложенных средств в течение 5–7 лет после начала производства. Упрочнение ТИ и ПТ путем осаждения на их поверхность многослойных пленок на основе двух-
компонентных TiN, ZrN, трехкомпонентных TiхZr1–хN, Ti1–хAlхN и многокомпонентных Ti-B-Si-N слоев позволит получить большой экономический эффект.
145