Введение к работе
Актуальность темы: В настоящее время для модификации поверхности изделий медицинской техники широко применяют электрофизические методы. Наиболее перспективным является обработка с помощью струйной высокочастотно-индукционной (ВЧИ)-плазмы.
Достоинствами ВЧИ- плазменных установок являются: высокая степень термической неравновесности, позволяющая ионам у поверхности обрабатываемого тела приобрести энергию до 60 электроко-вольт,необходимой для выборочного распыления микронеровностей, залечивания микропор и микротрещин; отсутствие электродов в зоне разряда, исключающее попадание материала электрода в плазму;возможность полной автоматизации технологического процесса: отсутствие вредного воздействия установки на обслуживающий персонал и окружающую среду.
Возможность комплексного улучшения поверхностных свойств материалов за счет струйной ВЧИ- плазменной обработки представляет большой интерес в технологии изготовления медицинских изделий.
Для научно-обоснованного и экономически . целесообразного применения струйных плазменных процессов в промышленном производстве необходимы дополнительные теоретические и экспериментальные исследования характеристик ВЧИ-плазменного потока низкого давления в присутствии обрабатываемого тела и процессов взаимодействия плазменной струи с поверхностью обрабатываемого твердого тела.
Диссертационная работа направлена на ранение актуальной проблемы разработки новых технологий изготовления изделий медицинской техники с применением потока ВЧИ- плазмы низкого давления.
целью работы является: создание нового поколения медицинских инструментов с улучшенными функциональными свойствами за счет модификации, поверхности изделий потоком ВЧИ-п.'.азм низкого давления. Поставленная цель достигается решением следующих основных " задач:
1. Комплексное экспериментальное исследование параметров
гГотока БЧИ-плазмы низкого давления:
установление зависимостей изменения параметров потока плазмы от характеристик ВЧИ-плазменной'установки.
определение оптимального диапазона величин основных параметров потока плазмы низкого давления, ответственных за модификацию поверхности исследованиях материалов.
установление внутри этого диапазона зависимостей изменения эксплуатационных характеристик модифицированных поверхностей от значений параметров потока ВЧИ-плазмы.
-
Создание ВЧИ-плазменной установки для получения плазменного потока с требуемыми характеристиками.
-
Разработка технологических процессов для придания заданных свойств поверхностному слою изделий медицинской техники и внедрение их в производство.
Научная новизна работы:
і. Показано, что основными параметрами потока ВЧИ-плазш низкого давления, влияющими на эксплуатационные характеристики изделий медицинской техники являются энергия ионов (W1) в слое пространственного заряда (СПЗ) и плотность ионного тока на поверхности (yl).
2. Установлено, что определяющими изменение основных пара
метров плазменного потока являются: мощность разряда (Рр), рас
ход плазмообразующего газа (G) и давление в рабочей камере (Р).
-
Показано, что при введении в поток плазмы твердого тела образуется слой пространственного заряда на расстоянии около 2 мм от обрабатываемого изделия, где напряженность магнитного поля падает на 20-30% , энергия ионов увеличивается в десятки раз.
-
Установлено, что струйная ВЧИ-плазменная обработка позволяет модифицировать поверхность металлов и диэлектриков, в том числе и синтетических алмазов.
-
Экспериментально установлено, что ионы в слое пространственного заряда для ВЧИ-разряда низкого давления имеют энергию от 10 до 55 эБ, потенциал плазмы (Uv) принимает значения от 1 до зб в;
-
Показано,что ВЧИ-плазменная обработка позволяет комп-
лексно модифицировать поверхность: повышать коррозионную стойкость, твердость и микротвердость, уменьшать высоту микронеровностей, а также проводить предварительную подготовку поверхности перед нанесением покрытий. Получены экспериментальные зависимости эксплуатационных характеристик медицинских изделий от параметров потока ВЧИ-плазмы низкого давления.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Установлены параметры потока ВЧИ-плазмы низкого давления, наиболее приемлемые для проведения модификации металлов и порошков синтетических алмазов: Wl=30-55 эВ., Ji= 0.08-1.2 мкА., Р=50-80 Па., G=0. 04-0,08 Г/С. Рр=1.1-2.4 кВт.
-
Выбраны режимы ВЧИ-установки. позволяющие исключить термический отпуск металлов при плазменной обработке изделий медицинской техники.
-
Разработана методика и изготовлена система СВЧ-диагнсс-тики позволяющая количественно оценить качество плазменной обработки алмазного порошка.
-
Разработаны установки ВЧИ-плазменной обработіси изделий медицинской техники, реализованы технологические процессы с использованием ВЧИ-плазменной установки позволяющие: повысить срок службы медицинского инструмента в 1,5-3 раза . уменьшить или полностью исключить применение некоторых химических реактивов, требующих дорогостоящей утилизации.
-
Установлены оптимальные реиимы обработки поверхности материалов с целью повышения микротвердости и проведения предварительной подготовки перед нанесением гальванопокрытия: Рр= 1.6-2,О кВт., Юбр=5 мин.. G = 0.08 г\сек.. Р=80-8Я Па., при этом Wi=40-55sB.. ^1= 1,2 мкА; для обработки синтетического алмазного порошка Рр=2.4 кВт., G=0.04 г/сек.. Р-70-90 Па., Wl=40 эВ., jl = І.ОмкА.
Реализация результатов работы: Полученные а диссертационной работе результаты использованы в медико-инструментальной промышленности и внедрены в ГНПП "Нединструмент, ЕиПП " Э.иед". о чем имеются акты о внедрении .
Апробация работы: Основные результаты докладывались на Всесоюзных и республиканских семинарах и конференциях : Республи-
кяяской научно-технической конференции "Анод-90" ( Казань.1990); Всесоюзном семинаре "Применение газотермических и плазмохимичес-ких методов в технике противокоррозионной защиты" (Черкассы, 1990): межотраслевой научно-технической конференции "Ресурсосбе-* режекле-90" (Куйбышев, 1990): XI Всесоюзной научно-технической конференции "Применение токов высокой частоты в электротехнологии" (Ленинград,1991): Межотраслевой научно-технической конференции "Повышение эффективности сварки и упрочнения материалов концентрированными источниками энергии" ( Казань,1991); VI-VIII конференциях по физике газового разряда (Казань,1992: Самара, 1994; Рязань,1996): Конференции " Физика и техника плазмы" (Минск,1994); Международной научно-техническом семинаре " Новые технологии-96"(Казань,1996). Также результаты обсуждались на республиканской научно-технический конференции молодежи "Электрические и электрохимические методы обработки материалов" (Казань, 1S91), в итоговых научно-технических конференцях на кафедрах технической и прикладной физики Казанского государственного технического университета и технологии'электрохимических производств Казанского государственного технологического университета (1990-19Э6Г.).
Публикации: По теме диссертации опубликованы 5 печатных статей, 12 тезисов, получены 4 авторских свидетельства, из которых 3 запатентованы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит, из введения, четырех глаЪ, основных результатов и выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 186 страницах, содержит 59 рисунков и 29 таблиц. Список используемой литературы составляет 162 наименований.