Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса повышения работоспособности металлокерамических твердосплавных инструментов посредством управления свойствами их поверхностных слоев. цель и задачи исследования 9
1.1. Влияние химического, структурного, фазового состава металлокерамических твердых сплавов и их дефектной структуры на физико-механические свойства и эксплутационные характеристики инструментов 9
1.2. Основные причины потери работоспособности инструментов из металлокерамических твердых сплавов, работающих в условиях прерывистого резания 14
1.3. Способы ионно-вакуумной обработки, реализующие процесс ИВМ, их влияние на основные физико-химико-механические и эксплутационные свойства материалов изделий
1.3.1. Ионно-вакуумное распыление поверхности 31
1.3.2. Нанесение ионно-вакуумного покрытия способом терморезистивного напыления 35
1.3.3. Нанесение покрытия методом вакуумного конденсационного напыления с использованием магнетронной распылительной системы 39
1.3.4. Нанесение покрытия способом конденсации в вакууме в условиях ионной бомбардировки 45
ГЛАВА 2. Структура и состав модифицированного поверхностного слоя твердосплавных инструментов
2.1 Разработка структуры модифицированного поверхностного слоя как набора функциональных барьерных подслоев 58
2.2. Выбор модифицирующих элементов для направленного формирования свойств функциональных барьерных подслоев модифицированного поверхностного слоя 62
2.3. Выбор состава и прогнозирование свойств модифицированного поверхностного слоя рабочих поверхностей металлокерамических твердых сплавов 67
2.4. Рекомендации по выбору модифицирующих элементов для ИВМ металлокерамических твердых сплавов 71
2.4.Содержание технологической операции ИВМ и оборудование для ее реализации 79
ГЛАВА З. Эксперемнтальное исследование влияния ионно вакуумной модификации на качество поверхностных слоев и работоспособность инструментов из металлокерамических твердых сплавов 83
3.1. Влияние ионно-вакуумной модификации на дефектную структуру и состав поверхностного слоя пластин из металлокерамических твердых сплавов 83
3.2. Влияние ионно-вакуумной модификации на физико-механические свойства режущих пластин из металлокерамических твердых сплавов 88
3.3. Исследование воздействия ионно-вакуумной модификации на эксплутационные свойства металлокерамических твердосплавных инструментов, работающих в условиях прерывистого резания 94
ГЛАВА 4. Технологические рекомендации по разработке содержания операции ионно-вакуумной модификации инструментов из металлокерамических твердых сплавов 109
4.1. Стадии проектирования технологического процесса ИВМ инструментов и содержания операции ИВМ по технологическим переходам 111
4.2. Выбор способов ионно-вакуумной обработки для реализации технологических переходов операции ИВМ 113
4.3 Выбор оборудования для реализации способов ионно вакуумной обработки поверхности инструментов 116
Общие выводы 117
Список литературы
- Основные причины потери работоспособности инструментов из металлокерамических твердых сплавов, работающих в условиях прерывистого резания
- Выбор модифицирующих элементов для направленного формирования свойств функциональных барьерных подслоев модифицированного поверхностного слоя
- Влияние ионно-вакуумной модификации на физико-механические свойства режущих пластин из металлокерамических твердых сплавов
- Выбор способов ионно-вакуумной обработки для реализации технологических переходов операции ИВМ
Введение к работе
Актуальность темы
Улучшение эксплутационных характеристик инструментов, таких как износо-, тепло-, коррозионная стойкость, твердость, микрорельеф поверхности и другие, являются одним из основных направлений повышения ресурса и надежности их работы. Важные эксплутационные показатели работоспособности инструментов - долговечность и безотказность в работе, ремонтопригодность - в значительной степени определяются качеством поверхностных слоев. Именно в этих слоях зарождаются и развиваются процессы термической и механической усталости, пластической деформации, истирания и коррозии, приводящие к снижению производительности обработки и качества выпускаемой продукции. Формирование высококачественных поверхностных слоев - одно из наиболее эффективных средств повышения работоспособности инструментов.
Наряду с традиционными способами повышения эксплутационных свойств -термическая и химико-термическая обработка, упрочнение поверхности путем пластического деформирования, механическая обработка со снятием поверхностных слоев, легирование - в настоящее время появились новые перспективные так называемые физико-технические, или электрофизические способы обработки. Эти способы, как правило, связаны с использованием различных нетрадиционных источников энергии (лазерная, плазменная, ультразвуковая, магнитная, электронная, ионная обработки), обладают высокой производительностью, хорошей воспроизводимостью результатов, способны гораздо сильнее влиять на свойства поверхностных слоев, чем традиционно применяемая поверхностная обработка. К таким способам относится обработка изделий в вакууме с использованием энергии пучков ускоренных ионов и атомов.
Эти способы в большей или меньшей степени изменяют свойства изделий, т.е. модифицируют их. Поэтому все они получили общее название - ионно-вакуумная модификация.
рос национальная] srmihotixa j
1 ' ^^mmwJ
Режущие инструменты из металлокерамических твердых сплавов обладают более высокими эксплутапионными свойствами по сравнению с инструментами из инструментальных сталей. Однако им присущи и некоторые недостатки, такие, как высокая стоимость, невысокие прочностные характеристики при работе на изгиб и растяжение, хрупкий характер разрушения при воздействии циклических силовых и тепловых нагрузок. Последнее обстоятельство особенно сильно проявляется при использовании металлокерамических твердых сплавов в качестве инструментальных материалов для режущих элементов инструментов, работающих в условиях прерывистого резания, в частности, фрез, которые и стали объектом исследований, представленных в данной работе.
В связи с вышеизложенным, улучшение эксплутапионных характеристик поверхностных слоев инструментов из металлокерамических твердых сплавов посредством их ионно-вакуумный модификации является решением актуальной научной задачи, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Цель работы.
Повышение работоспособности инструментов из металлокерамических твердых сплавов, работающих в условиях прерывистого резания, на основе направленного улучшения свойств их поверхностных слоев посредством ионно-вакуумной модификации.
Научная новизна работы заключается в:
предложенном механизме повышения физико-механических и эксплутационных свойств инструментов из металлокерамических твердых сплавов посредством ионно-вакуумной модификации их рабочих поверхностей;
методике управления качеством поверхностных слоев металлокерамических твердых сплавов, работающих в условиях прерывистого резания, посредством их ионно-вакуумной обработки;
доказательстве возможности использования принципа суперпозиции при формировании функциональных барьерных подслоев на рабочих поверхностях инструментов.
Практическая ценность работы заключается в:
- структуре и составе модифицированного поверхностного слоя инструментов
из металлокерамических твердых сплавов, работающих в условиях прерывистого
резания, приводящего к повышению их работоспособности;
- установленных областях рационального применения способов ионно-
вакуумной модификации поверхности инструментов из металлокерамических
твердых сплавов, и оценке возможности их последовательного и параллельного
осуществления;
- технологических рекомендациях по проектированию типовых, экологически
чистых, процессов финишной ионно-вакуумной модификации
металлокерамических инструментов.
На защиту выносятся:
механизм ослабления действия основных отрицательных факторов и процессов, приводящих к потере работоспособности инструментов из металлокерамических твердых сплавов, работающих в условиях прерывистого резания;
методика управления качеством поверхностных слоев твердосплавных инструментов, работающих в условиях прерывистого резания, посредством анализа направления эволюции конфигурационной модели вещества под действием модифицирующих элементов;
структура и состав модифицированного поверхностного слоя рабочих поверхностей инструментов из металлокерамики, эксплуатирующихся в условиях прерывистого резания, приводящего к повышению их работоспособности;
типовая технологическая операция ионно-вакуумной модификации твердосплавных инструментов, работающих в условиях прерывистого резания;
результаты исследований изменения физико-механических и
эксплутационных свойств металлокерамических инструментов, работающих в
условиях прерывистого резания, в результате их ионно-вакуумной
модификации.
Практическая реализация работы
Методики по оценке структуры и состава модифицированного поверхностного слоя пластин твердого сплава для инструмента, работающего в условиях прерывистого резания, прошли испытания в ОАО НИТИ Энергомаш и рекомендованы к внедрению в энергомашиностроение.
Технологические рекомендации по нанесению покрытий на режущий инструмент, оснащенного пластинами твердого сплава, приняты к внедрению в концерне «Силовые машины».
Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций по дисциплинам «Технология машиностроения» (специальная часть) и «Технология инструментального производства» в ПИМаш.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международных и Республиканских конференциях в городах Уфа, Рыбинск, Волгоград, Харьков, С.-Петербург, на научно технических семинарах в СПбГСЗТУ и кафедр «Технология машиностроения» и «Резание, станки и инструменты» ПИМаш в 2002-2004 гг.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 'г^Сграницах, содержит4?^ рисунков, .Т. таблиц, состоит из введения, 4 глав и списка литературы, включающего 126 наименований и приложений.
Основные причины потери работоспособности инструментов из металлокерамических твердых сплавов, работающих в условиях прерывистого резания
Влияние химического, структурного, фазового состава металлокерамических твердых сплавов и их дефектной структуры на физико-механические свойства и эксплутационные характеристики инструментов.
Работоспособность режущих инструментов в большой степени определяется состоянием поверхностных слоев их рабочих поверхностей. При изготовлении твердосплавных пластин - спекании порошков при больших температурах и давлениях, а также при заточке и переточках (если они производятся) их режущих лезвий образуется дефектный поверхностный слой. Микротрещины, поры, включения, адсорбированные из окружающей среды газы, как правило, понижают стойкость инструментов. В процессе эксплуатации в поверхностных слоях режущего лезвия протекают различные физико-химические процессы, в основном связанные с диффузией атомов и вакансий. При этом нередко образуются естественные разупрочненные граничные слои в зоне контакта инструмента с материалом заготовки. В результате диффузии изменяется химический состав инструментального материала (ИМ) по глубине поверхностного слоя, происходят различные структурные превращения, такие, как изменение размеров карбидных зерен, образование магистральных микротрещин, ослабление связи между зернами карбидов, окисление самих карбидов и др. Все эти процессы интенсифицируют износ инструментов, который в основном носит абразивно-химический и адгезионный характеры. Достаточно часто наблюдается глубинное вырывание отдельных участков инструментального материала. Исходными веществами, входящими в состав сплавов WC - Со, служат монокарбид вольфрама (WC) и металлокерамический кобальт [1]. В двухкарбидных твердых сплавах содержится дополнительно карбид титана, в трехкарбидных твердых сплавах присутствует также карбид тантала. В условиях равновесия в твердом растворе (Ті, W)C содержится несколько более 70% (по массе) WC. Карбид титана в карбиде вольфрама практически не растворяется, во всяком случае, при умеренных температурах. Следовательно, твердый раствор (Ті, W)C имеет кубическую гранецентрированную решетку. Микротвердость твердых растворов (Ті, W)C несколько растет с повышением содержания в твердом растворе карбида вольфрама, достигая максимума при 15-20 % (по массе) WC, и далее снижается почти линейно с увеличением содержания WC.
В трехкарбидных твердых сплавах карбиды титана и тантала образуют непрерывный ряд твердых растворов. Растворимость карбида вольфрама падает с повышением концентрации карбида тантала. С повышением концентрации карбида вольфрама и карбида тантала микротвердость твердого сплава падает.
Микроструктура сплавов WC - ТІС - ТаС - Со аналогична структуре сплавов WC - ТІС - Со. Разница состоит только в том, что место твердого раствора (Ті, W)C занимает твердый раствор (Ті, Та, W)C. Зерна того и другого раствора имеют округлую форму. Если количество карбида вольфрама в сплавах WC - ТІС - ТаС - Со меньше предела растворимости, то образуется структура двухфазная, состоящая из кристаллов твердого раствора (Ті, Та, W)C и связующей фазы - твердого раствора вольфрама, титана, тантала и углерода в кобальте. Если же количество карбида вольфрама в сплавах превышает предел растворимости, то получаются сплавы трехфазные, состоящие их кристаллов твердого раствора (Ті, Та, W)C, структурно свободного карбида вольфрама и связующей фазы на основе кобальта.
Учитывая, что основную роль в процессах разрушения твердых сплавов оказывают свойства и дефектная структура поверхностных слоев изделий, рассмотрим некоторые физико-механические характеристики твердых сплавов, связанные именно со свойствами поверхностных слоев инструментов.
Предел прочности при изгибе - наиболее распространенная характеристика твердых сплавов, оцениваемая при исследовании и производственном контроле изделий. Зависимость между содержанием Со и пределом прочности при изгибе сплавов WC - С носит экстремальный характер, причем max аизг. лежит в пределах 15...20% (по массе) Со. Зависимость предела прочности от размера карбидных зерен сложная, однако чаще мелкозернистые связанные кобальтом зерна имеют такой же, а иногда и больший предел прочности на изгиб по сравнению с более крупнозернистыми сплавами.
Зависимость предела прочности при изгибе от содержания кобальта для двухфазных сплавов WC - TiC - Со практически не зависит от содержания кобальта до 15 % при температуре испытания 290...770К. Сплавы с содержанием кобальта более 15% (по массе) при температуре испытаний более 770К показывают зависимость предела прочности при изгибе от температуры испытания аналогичную зависимости для сплавов WC - Со: предел прочности растет до определенной температуры и затем падает, т.е. кривые проходят через максимум. Необходимо, однако, отметить, что указанный максимум находится при значительно более высокой температуре (1070К), чем у сплавов WC - Со (470К).
Выбор модифицирующих элементов для направленного формирования свойств функциональных барьерных подслоев модифицированного поверхностного слоя
Изучение и анализ физико-химических процессов, происходящих во время эксплуатации инструментов под действием силовых и тепловых нагрузок в зоне резания, приводящих к потере работоспособности металлокерамики, позволили сделать попытку управления этими процессами посредством ионно-вакуумной модификации (ИВМ) рабочих поверхностей инструментов до начала их эксплуатации. В качестве способов ИВМ рассматривались ионно-вакуумное распыление материала посредством его ионно-лучевого и ионно-плазменного травлений, ионно-вакуумная имплантация, конденсация покрытий в условиях ионной бомбардировки и с использованием магнетронной распылительной системы, термо-ионное напыление покрытий. В результате применения ионно-вакуумного распыления можно добиться частичного удаления дефектного поверхностного слоя. Ионно-вакуумная имплантация позволяет внедрить в поверхностный слой специальным образом выбранные химические элементы, которые могут образовывать как в процессе имплантации, так и во время эксплуатации инструментов заранее прогнозируемые химические соединения. Последние, в свою очередь, должны блокировать диффузию «вредных» элементов и улучшить некоторые эксплутационные свойства рабочих поверхностей инструментов, такие, как износо-, коррозионно — и теплостойкости, теплопрочность и др. Улучшение этих характеристик напрямую связано с повышением работоспособности инструментов. Использование различных способов напыления и конденсации покрытий позволяет формировать функциональные подслои в поверхностных слоях ИМ, которые возможно также использовать как барьерные. Кроме того, эти подслои могут обладать определенным набором физико-механических свойств - повышенными теплопроводностью, прочностью, пластичностью, ударной вязкостью и др., определяющими стойкость режущих инструментов. ИВМ осуществляется путем использования различных способов ионно-вакуумной обработки, воспроизводимых в вакууме (р=10" ...10" Па), таких, как ионно-вакуумное распыление поверхностных слоев, ионно-вакуумная имплантация, ионно-вакуумные напыление и конденсация покрытий.
Технологические установки для реализации процессов ионно-вакуумной обработки изделий представляют из себя достаточно сложный комплекс электрофизического оборудования, который генерирует пучок ускоренных ионов, создает возможность для взаимодействия этого пучка с обрабатываемым материалом заготовки, обеспечивает при этом эффективный контроль и управление как характеристиками ионного пучка, так и объектом обработки (изделием) [4, 5, 6, 7, 8]. Основным элементом такого оборудования является имплантатор (или иначе - имплантор) ионов, назначением которого является [9, 10]: 1. Формирование ионного пучка из атомов или молекул рабочего вещества. 2. Ускорение ионов в пучке для сообщения им заданной скорости и кинетической энергии. 3. Выделение из полученного пучка ионов с одинаковым соотношением их массы к кратности заряда (так называемых однородных ионов). 4. Внедрение выделенного пучка однородных ионов в поверхностные слои обрабатываемой заготовки. На рис. 1.6 приведена функциональная схема имплантатора ионов, в котором в качестве рабочего вещества используются газ или пар. Конструктивно ионный имплантатор выполнен в виде функционального блока, основными элементами которого являются источник ионов 1, ускорительная трубка 2, сепаратор ионов 4 и рабочая вакуумная камера 5.
Источник ионов 1 предназначен для получения свободных ионов, формирования их в пучок и предварительного ускорения ионов пучка. Рабочее вещество (газ или пар) подается в рабочую (разрядную) камеру. Ионизация атомов или молекул рабочего вещества происходит за счет энергии высокочастотного разряда в камере. Полученные положительные ионы ускоряются в электрическом поле, создаваемом между электродами в камере, за счет того, что потенциал U2 пластины-анода на 2...3 кВ больше потенциала U1 пластины - катода. Проходя через отверстие пластины-катода, ионы формируются в пучок.
Влияние ионно-вакуумной модификации на физико-механические свойства режущих пластин из металлокерамических твердых сплавов
При горении основного разряда происходит испарение материала с торца катода, причем при этом отмечается высокая степень ионизации испаренных частиц, достигающая 90 процентов. Поток испаренных ионизированньк частиц выбрасывается в вакуум рабочей камеры, Для ускорения потока между изделием 6, на которую наносится покрытие, и анодом 1 создается разность потенциалов UCM = 300... 1000 В, причем отрицательный потенциал подается на изделие. Поток, ускоренный в созданном электрическом поле за счет своей ионной составляющей, попадает на поверхность изделия и формирует покрытие.
Концентрация потока обеспечивается системой фокусировки 2, представляющей из себя трубу с надетой на нее электромагнитной катушкой. Ось катушки совпадает с осью потока. В электромагнитном поле катушки заряженные частицы - ионы ускоряются, сужая сечение потока относительно его оси. Нейтральные же частицы (капли, атомы), вырываясь из потока, оседают на стенках трубы. Однако полную сепарацию потока от капельной фазы произвести не удается, что является одним из недостатков метода КИБ.
Технологическими параметрами, необходимыми для реализации данного способа, являются: расстояние между изделием и катодом L, давление остаточных газов в камере р = (10" ...5-10") Па, разность потенциалов между катодом и анодом Upa3p = 25...30 В и разрядный ток 1ра3р = 30...40 А, поджигающее напряжение ип0Дж = 250...300 В, напряжение смещения между изделием и анодом UCM=100...500B.
Данный способ, по сравнению с другими способами нанесения покрытий, имеет следующие преимущества: 1. Высокая производительность нанесения покрытий (скорость напыления достигает нескольких мкм в минуту); Для воспроизведения процесса не требуется наличия вспомогательного рабочего газа. Газ нужен только для очистки поверхности изделия и для начального зажигания дуги (кроме случаев реактивного нанесения покрытий). Это позволяет проводить процесс при достаточно низком давлении (до 10" Па).
Отрицательными моментами при использовании данного способа являются: 1. Наличие капельной фазы в потоке напыляемых частиц. Этот фактор ухудшает качество сформированного покрытия. 2. Необходимость подогрева поверхности заготовки в процессе нанесения для улучшения адгезии покрытия с основой. 3. Ограничение сверху по величине напряженности ускоряющего электростатического поля (UCM 1 кВ). 4. Сложность испарения ферромагнитных металлов и сплавов, т.к. при этом трудно достичь равномерного износа катода.
Исходя из вышеизложенного, способ конденсации покрытия в вакууме в условиях ионной бомбардировки целесообразно применять в производствах большой серийности, как для индивидуальной, так и для одновременной групповой обработки изделий (с использованием многоместных приспособлений).
Существует достаточно много работ по исследованию влиянию влияния ИВМ на эксплутационные и физико-химико-механические свойства инструментов. Так, в работах [27, 28] показано, что существует принципиальная возможность управления износостойкостью композиции «инструментальный материал - покрытие» за счет легирования последнего различными компонентами. В работах [27, 29] приведено ранжирование составов модифицированного слоя по способности сопротивляться окислению, циклической прочности, величине параметров трения и др. В диссертационной работе [27] впервые предложены принципы управления свойствами нижней и верхней границ покрытий, которые в свою очередь были развиты в работе [28], где теоретически обоснована возможность повышения эффективности использования режущих инструментов за счет направленного изменения параметров структуры и механических свойств покрытия путем разработки специальных технологических способов его нанесения. Повышение износостойкости, коррозионной стойкости, циклической прочности и других эксплутационных характеристик режущих инструментов с покрытиями зафиксировано в работах [30, 31, 32, 33, 34]. В работе [35] показано, что эксплутационные свойства в значительной степени зависят от технологической наследственности рабочих поверхностей инструментов, в частности, от исходной шероховатости перед нанесением покрытия. Интересный механизм изнашивания тонких покрытий путем начального сглаживания неровностей предложен в работе [36]. Исследование влияния напряженного состояния покрытий показало, что лучшей их работоспособности способствуют напряжения сжатия [37, 37].
Большой интерес представляют вопрос выбора структуры, фазового и химического составов системы «инструментальный материал - покрытие». Общие принципы решения этих задач изложены в работах [27, 28, 39]. Автор работы [27] для анализа системы «инструментальный материал - покрытие обрабатываемый материал» использовал феноменологическую конфигурационную модель вещества и разработал принципы построения композиционно-многослойного покрытия для режущего инструмента. В работе [28] показана возможность направленно изменять структуру покрытия и, тем самым, улучшать его свойства. Автор работы [39] обосновал принципиальную необходимость формирования в рабочей части инструмента энергетически устойчивые диссипативные структуры для повышения работоспособности последнего. Причем с точки зрения минимизации износа была доказана целесообразность формирования мелкодисперсных структур в поверхностных слоях твердого сплава. Дальнейшее развитие научное направление, связанное с созданием многослойных композитов «инструментальный материал — покрытие», получило в работах [40, 41, 42], где рассмотрено строение поверхностного слоя, состоящего из двух зон: - зона 1, ответственная за изнашивание режущего инструмента; - зона 2, обеспечивающая функционирование зоны 1 за счет повышения сопротивляемости режущей части инструмента пластическому разрушению. Указанное строение было реализовано тремя слоями композита: диффузионным термостабильным слоем, адгезионным подслоем и износостойким покрытием.
Выбор способов ионно-вакуумной обработки для реализации технологических переходов операции ИВМ
Получение заданного микрорельефа рабочих поверхностей при изготовлении и заточке инструментов, снижение шероховатости, наряду с применением термических, механических и физико-технических способов улучшения качества их поверхностных слоев, является одним из основных и наиболее эффективных резервов повышения работоспособности инструментов [107, 108, 109, ПО, 111].
Установлено около 20 различных функциональных свойств поверхности, на которые влияет ее микрогеометрия (адгезия, износостойкость при трении скольжения и качения, теплопередача и др.) [112]. Однако большая часть исследований по управлению микрогеометрий поверхности базируется на стандартизованных критериях, которые определяют лишь отдельные, в основном усредненные характеристики профиля (Rz, Ra). Попытки с их помощью создать параметрическое описание микропрофиля, как правило, не позволяют определить даже вид поверхности, оптимальный для работы данного инструмента [113, 114]. Измерение шероховатости и запись профилограмм микропрофиля поверхностей производились по стандартным методикам в соответствии с ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 25142-82 на приборе КАЛИБР-201. Полное измерение параметрических характеристик микрогеометрии профиля, а также непараметрическая оценка профиля с инвариантным сравнением микрогеометрии различных поверхностей были выполнены на измерительном комплексе ПРОФИЛЬ [115].
Исследования микропрофиля поверхностей показали, что в исходном состоянии профиль рабочих поверхностей режущих пластин не удовлетворяет требованиям стационарности. Анализ микропрофиля тех же поверхностей после ИВМ позволил сделать вывод об их принадлежности к стационарным в узком смысле [112, 116, 117]. Это, в свою очередь, является причиной стабилизации процессов, происходящих во время работы инструментов, таких, как трение, теплопередача, коррозия и др. Все перечисленное должно привести к повышению работоспособности инструментов.
Где: Rz - определяется как среднее арифметическое отклонений экстремумов ординат - пяти максимумов и пяти минимумов - средняя величина микротвердостей; Ra — среднее арифметическое отклонение профиля; среднее квадратическое отклонение профиля R ; высота сглаживания Rp; наибольшая высота неровностей профиля Rmax; средний шаг неровностей Sm; средний шаг неровностей по вершинам S; RPk - усредненная высота выступов; Rk - глубина неровностей профиля внешней поверхности; Rvk - усредненная глубина впадины профиля, определяющих смазывающую способность поверхности, все в мкм.
В таблице 3.3 приведен набор измеренных параметров шероховатости, необходимых для полного описания профилей [118, 119, 120]. Анализируя полученные данные, можно отметить, что ионно-вакуумная модификация во всех случаях улучшает параметры шероховатости. На рис. 3.9 приведены картинки микропрофилей рабочих поверхностей пластин из твердого сплава
Одним из основных показателей, определяющих функциональное назначение переходного слоя, является повышение силы адгезионной связи покрытия с основой, или адгезионной прочности [121, 122, 123]. Недостаточная адгезия обычно является причиной отслаивания покрытий или появление в них трещин. Анализируя применяемые в настоящее время методики оценки адгезионной прочности тонких пленок и покрытий, можно сделать вывод о том, что все они достаточно трудоемки и длительны [123]. Лучше других для твердых покрытий подходят косвенные методы, которые дают возможность получить лишь относительные сравнительные сведения об адгезионной прочности. К таким способом относятся царапание, укол, надрез, многократный изгиб и др., связанные с деформацией покрытия. Общее всех этих методов заключается в том, что сопоставление полученных результатов может быть проведено лишь при одинаковых условиях препарирования образцов и проведения измерений. Кроме того, эти методы оценивают не адгезию, как таковую, а чаще всего сумму адгезионной и когезионной прочностей. Использованная в данной работе методика оценки адгезионной прочности покрытий относится к косвенным сравнительным экспресс - методам и основана на деформации адгезива и субстрата алмазным коническим идентером для измерения твердости. При этом совершается определенная работа деформации, которая сопровождается выделением тепла. Количество выделенного тепла пропорционально совершенной работе и может служить косвенной мерой прочности материала. Сравнивая количество теплоты, выделенной в результате деформации основы при одинаковой глубине внедрения идентера в основу без покрытия и с покрытиями, мы можем говорить о разной адгезионной прочности последних [124].
