Введение к работе
Актуальность темы
Одна из наиболее серьезных проблем технического прогресса состоит в необходимости обеспечения постоянного соответствия между свойствами новых материалов и условиями их работы. Одним из слабых элементов в системе «материал – рабочая среда», определяющим допустимые условия эксплуатации и ресурс всей системы, является поверхность материала. В процессе эксплуатации изделий имеют место значительные потери материалов в результате коррозии, износа, воздействия высоких температур и агрессивных сред. Эти воздействия воспринимаются в основном поверхностью. Для снижения потерь металла, а также повышения надежности и ресурса изделий применяются различные защитные покрытия. Одним из способов получения защитных покрытий является способ химического осаждения пиролитического карбидохромового покрытия (ПКХП) из газовой фазы.
Технология нанесения ПКХП методом химического осаждения из газовой фазы имеет следующие особенности и преимущества:
в качестве исходных соединений используют доступные и хорошо изученные металлоорганические соединения. (МОС);
наиболее эффективно и с максимальной скоростью могут быть покрыты изделия и детали сложной формы;
нагрев покрываемого изделия можно осуществлять любыми из известных способов (индуктивный, резистивный, радиационный и др.);
возможность нанесения покрытия на любые материалы, которые выдерживают нагрев до температуры осаждения (200-500оС);
в потоке газа-носителя или в вакууме гарантируется высокая скорость осаждения покрытия (от нескольких десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров в час);
герметичность установок и улавливание органических продуктов распада МОС делают этот способ экологически чистым и безопасным.
ПКХП характеризуется высокой коррозионной и износостойкостью, механической прочностью, беспористостью, равномерностью распределения слоя по периметру и длине изделия, высокой прочностью сцепления по периметру и длине изделия, высокой прочностью сцепления с подложкой в условиях деформации и резких изменений температуры. Наибольшую перспективу имеют работы по получению ПКХП с применением промышленной металлоорганической хромосодержащей жидкости (ХОЖ) «Бархос».
Связь работы с научными программами, планами, темами
Работа выполнена в соответствии с научными темами и программами, проводимыми в Научном центре порошкового материаловедения ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» государственный контракт № 02.552.11.7082.
Цель работы
Цель работы заключается в разработке процессов осаждения из газовой фазы и устройства для нанесения стабильных по свойствам и с заданной структурой пиролитических карбидохромовых покрытий.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
1. Разработать условия проведения технологического процесса нанесения ПКХП.
2.Разработать и изготовить устройство по нанесению ПКХП.
3.Разработать автоматизированную систему контроля параметров процесса нанесения ПКХП и управления отдельными узлами установки (АСКУ).
4.Провести исследования индуктивного метода контроля толщины пленочных покрытий.
5.Спроектировать и изготовить индукционный датчик контроля толщины ПКХП.
6.Исследовать ПКХП на изделиях из чугуна, технической керамики;
7.Провести трибологические исследования фрикционных свойств ПКХП на деталях, работающих в парах трения;
Научная новизна
Установлены условия предварительной модификации поверхности и режимов нанесения пиролитических карбидохромовых покрытий на чугунные изделия для обеспечения адгезионной прочности покрытия.
Определены оптимальные условия для активации поверхности для формирования на изделиях из стали 40Х промежуточного диффузионно-оксидного слоя, обеспечивающего прочное адгезионное сцепление пиролитических карбидохромовых покрытий со стальной подложкой.
Разработан способ предварительной подготовки рабочей поверхности и нанесения пиролитических карбидохромовых покрытий на рабочие поверхности стальных изделий, работающих в парах трения, обеспечивающий оптимальные фрикционные трибологические характеристики покрытия.
Практическая значимость
Разработано устройство для получения газофазных защитных износостойких покрытий, обеспечивающая их высокое качество и воспроизводимость эксплуатационных характеристик, позволяющей автономно контролировать и регулировать параметры процесса нанесения покрытий и управлять технологическим процессом по заранее заданной программе.
В устройстве применены отдельные узлы и агрегаты, отвечающие современным требованиям к безопасности производства, экологической чистоте и экономической целесообразности получения защитных покрытий на изделиях, применяемых в машиностроении.
Показана возможность получения воспроизводимых результатов нанесения ПКХП на изделия, благодаря применению гибкой, функциональной с использованием микропроцессорной техники АСКУ, позволяющей автономно контролировать и регулировать параметры процесса нанесения ПКХП и управлять технологическим процессом по заранее заданной программе.
Данные о трибологических и фрикционных свойствах ПКХП могут быть применены при разработке фрикционных узлов трения в тракторостроении.
Достоверность результатов и выводов подтверждается применением стандартных методик экспериментальных исследований, воспроизводимостью результатов исследований.
Положения,выносимые на защиту
Устройство по нанесению ПКХП с АСКУ, построенной с применением микропроцессорных средств.
Результаты экспериментальных исследований полученных ПКХП на изделиях из чугуна и технической керамики.
Результаты трибологических испытаний фрикционных свойств ПКХП на деталях, работающих в парах трения.
Личный вклад автора заключается в разработке устройства по нанесению ПКХП с использованием АСКУ, постановке задач исследований, организации и проведении экспериментальных и исследовательских работ, обобщении полученных результатов работы.
Апробация результатов работы
Основные результаты диссертационной работы и ее отдельные разделы были доложены и обсуждались на: 5-ой Московской международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из КМ и новых металлических сплавов. Корпоративные, нано- и CALS-технологии в наукоемких отраслях промышленности»(г. Москва 2007); на международных научно-технических конференциях «Динамика, надежность и долговечность механических и биохимических систем и элементов конструкций»(г. Севастополь 2009,2010).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 работы в журналах, рекомендованных ВАК, получено 3 патента РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа включает введение, 4 главы, заключение, 2 приложения и список литературы, включающий 65 библиографических наименований, и содержит 127 страниц текста, в том числе 67 рисунков, 22 таблицы.
