автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Исследование и разработка импульсно-динамических методов нанесения тонкопленочных покрытий

РГб од

МезиюскаЗ оргзк» Летая, ордена 0лтг£рьсжой , ф£0 йер®***ТрудовогоВфасясгоЗкакеая

тслппесхкй 5ЧЕве£юетет шсН.Э.Заумгша

На срчлах

Воичхгпич Илья Леогаздосич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КНП*/ЛГ>С1Ю- ДИНАМИЧЕСКИХ НЗЯОЦОВ ШШЗШШЯ ТОНКОШБПСРШЬЖ ПОКРЫТИЙ

Специальность 05.03.01. " Процессы

нехашггесксй и флгяко-г-гжичеессй обработан^ станки и шетрумош-а'*

АВТОРЕФЕРАТ

/Егссгрггцги йз ссизгагшз учсггсЗ етсяжя жгзд^дата тегшггесгсж наук

Москва 1994 г.

РаОота выполнена б московском орд<ча Яетша, , Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Государственном Техническом Университете ш. Н.З.Баумана

Научный руководитель : доктор техк ческих наук, профессор

Подураев В.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Верещака А.С. кандидат технических Наук Андреев В.Н.

Ведущая организация- Национальный Институт Авиационных

Технологий ( НИАТ )

Защита состоится "^Н " ¿У* 1995 года на заседании диссертационного совета К 053Л5.15 в Московском Государственном Техническом Университете иы. Н.Э. Баумана по адресу: 107005,Моиква, Б - 5, 2-а Бауманская уд., дом 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан

Учёный секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук доцент

Подписано к печати "ЛА" 1994г. Заказ N

Объём 1 п.л. Тира* 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э.Бауман'а

ошая характеристика работы

Актуаяьяость проблемы. На современном этапе развития металлообработки её важнейшими проблемами являются с одной стороны повышение качества продукции, с другой - снижение экологического ущерба от процессе®, обеспечивающих это повышение качества. Повышение требований к качеству взывает развита® процессов, обеспечивающих улучшение дипамической прочности, коррозионной стойкости, износостойкости материалов, их внешнего вида и т.п. Это достигается: а) облагораживанием повер: гасти путб* удаления микродефектов, коррозионных плёнок, загрязнений, как подготовка к последующим операциям нанесения покрытий, соорки и т.п.; б) модификацией свойств поверхнос-ч путём изменения химического состава и структуры поверхностным насыщением; в) нанесением защитных покрытий различных видов.

Однако, выполнение этих процессов связало как правило о применением вусскйх температур и. токсичных сред» наличием ядовитых стоков и выбросов ( очистка химическим травлением, высокотемпературное насыщение из кадкой или газовой фазы, гальваническое нанесение покрытий и т.п.). Таким образом, традиционные методы борьбы за высокое качество вступают в глубокий конфликт о экологией.

Разрешением этого конфликта при нанесении защитных, декоративных, твёрдосмазочных и др. покрытий шкет стать создание экологически чистых безотходных технологий, выполняемых без специальных технологических сред ( электролиты, вакуум ) и без изменения агрегатного состояния наносимых материалов ( плавление, ионизация» испарение ), с максимальным использованием материалов.

С этих позиций перспективным является импулъсно - динамическое нанесение { ИДЯ ) тоякоплбночных покрытий, которые формируются- контактным массопереносом »гатериагз с первичных носителей благодаря высокою. ;'енсивным контактным нагрузкам, создаваемым при соударениях твёрдых тел, вызываемых вращением, виб рацией, перемешиванием и т.п.

Концет-уааао ИДИ Ошю предложено ещё в 50-60-е годы, однако до сих пор не вызвало серьёзного интереса прикладной науки и производства. Не определена номенклатура наносимых материалов, слабо исследованы процессы формирования покрытий, отсутствуют технологические рекомендации, нет оценок свойств покры-

№Й.

Цель настоящей работы - на основе исследований процессов формирования покрытий и анализа их свойств раскрыть реальны® возможности метода ИДН тонкоплёно-.лых покрытий, с доведением результатов до уровня, близкого к промьши^нным технологиям.

Задачи работы: 1) разработка физических и математических моделей импульсно - динамических воздействий на поверхность через слой, наносимого материала;

2)оценка номенклатуры материалов наносили покрытий;

3) зксперг-ентальное исследование процессов формирования одао-комдоцентных и многокомпонентных покрытий и анализ Их свойств; 43 разработка технологических схем нанесения декоративных, антикоррозионных и твёрдосиазочных покрытий;

б) создание вирокодиапа зонной специализированной опытной установки импульсно - динамической обработки. Автор за щает: - физические в математические модели процесса ИД-нанесения покрытий; - принципы построения гехйовоги-ческих процессов нанесения одной шогокоыпонентяых покрыта}':. - предложения по перспективным видам покрытий» шнсси-мых ид-методом.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились на основе теорий физики твёрдого тела и вибрационных процессов. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях МГТУ им, Н.Э. Баумана с использованием современного экспериментального технологического и контрольно-измерительного обо рудования.

Научная новизна, 1) Раскрыты основные стадии формирования и закрепления покрк.лй. Нг начальной стадии происходит микроре-вание и другие процессы устранения дефектов поверхности, что позволяет обойтись без предварительной подготовки последней. Одновременно формируется оптимальный гранулометрический состав наносимого материала, чтопозволяет обойтись без дорогих ультрадисперсных порошков и использовать в качестве сырья стружку, фольгу, проволоку и т.д. 2) Показано, что процесс роста плёнки является экстремальный во времени, он сопровождается не только деформированием материала, но И механохиыическиыи твёрдофазными реакциями, что приводит к образованию новых структур типа твердых растворов и химических соединений и позволяет формировать нужный химический и фазовый состав покрытия непосредственно в процессе нанесения. 3)Доказано, что связь покрытия с основным

материалом улучшается последующей термической осработкой при температуре в диапазоне температур диффузии.

Практическая ценность, 1) Установлены возможности ИЛ нанесши адтагагая, цинка, хрома, никеля, молибдена, меди, титана, вольфрама; многослойных и многокомпонентных покрытий: бронзы, латуни, нержавеющей стали, дисульфида молибдена, карбида вольфрама; многих сложных композиций, в том v. зле с формированием состава а процессе ¡тяесения. 2) Разработаны технологические процессы нанесения декоратжш, антикоррозионных, твёрдосма-80чшх покрыта» . 3) Создана ■широкодиапазонная экспериментальная установка.

Реализация результатов работы. Научные и практичес ле результата работы использованы при разработке проекта опытно -прожпменной установки. намеченной к изготовления в 1995 г. Изготовлены опытно партии образцов изделий для ряда предприятий К организаций г. Москвы.

Апробация работа. Основные результаты работы доматывались па: 2-м конгрессе ыекдунь;одного.консорциума " Вибромасса " (Сочи, 1S92 }, 1-ом Международном симпозиуме украишак инхене-ров - механиков ( Львов, 1392 ). международной научно - технической (конференции Новые технологии получения слоистых и пороз-ковах материалов, композиционных покрытий" С Сочи, 1S93 ), научных семинарах кафедры МТ-2 !Я"ГУ им. Н.Э. Баумана.

Публикации. Основные результаты диссертационной-работы изложены в 3 печатных работах.

Структура и ог'>ёы работа. Диссертация состоит из введен пяти глав. об8йх ¡выводов и списка,литературы. Работа' излакена на 163 страницах и содержит 114 страниц макшюписяого текста, 67 рисунков, Итайлиа, список.литературы из.95 наименований.

ОСНОВНОЕ СЮДЕЙШЕИЕ РАБОТЫ -Во ¿задеющ обоснована актуальность работы. Низложены основные

предлагаем р&аений, сформулирована 0лль работы. В йорвой глава даётся cJsop современных видов.- тонкоплёночных покрытий и требований к ним, анализ.существующих методов нанесения, суицюсть ш-лульсно - динами*. .ского метода я обзор.предшествую^« исследований, ■ формулируются цель и задачи работы. Наиболее расяостразены в настоящее время покрытия цинком,.никь-лем, хромой»' алюминием, медью и её спяазами. Требования к покрытиям: заданный химический состав , толщина покрытая- и её равномерность, плотность, шероховатость, адгезия к основному матери-

• J

алу, способность сопротивляться изнашиванию и деформациям.

Требования к процессам и оборудовании: экологическая чистота и безотходность, высокая производительность и конструктивная простота, максимальное полезнсэ использование наносимого материала.

В настоящее время наиболее распостранёнными являются химические методы нанесения покрытий ( включая электрохимические ), прежде всего гальванические, связанные с наличием токсичных рабочих сред, ядовитых и труднолокалиэуемых стоков :. выбросов,с тяжёлыми и вредными условиями труда на производстве.

Поиски альтернативных решений привели к довольно широкому развитию Физических методов, связанных с изменением агрегатного состояния наносимых материалов ( вакуумное осаждение, металлизация погружением, газотермическая наплавка, плазменное напыление и т.д. }. Они более благоприятны с экологических позиций, но требуот как правило применения сложного и дорогого оборудования, многие связаны с высокими температурами; подготовка поверхности остаётся химической со всеми последствиями.

Мечее распостранены механические методы контактного массо-переноса:_нанесение методами сварки трением,ультразвуком и т.п. Одним из перспективных механических методов может стать метод импульсно - динамического нанесения ( ИДИ ) тонкоплёночныл покрытий.

Принцип реализации метода можно иллюстрировать рис. 1 Изделия - комплект трубок— крепятся к торцевым стенкам ка-" меры, в которую загружается наносимый материал в виде порошка,фольги, стружки и т.п., а также рабочие тела, например - шарики. Камера приводится р движение ( вращательное, колебательное или их комбинация),в результате чего происходят многочисленные высокоэнергетические соударения частиц загрузки, наносимый материал э сверхпластичном состоянии " обволакивается " тонкой плёнкой вокруг всех поверхностей внутри камеры - рабочих тел, наружных поверхностей трубок, стенок камеры. После достижения необходимой толщины покрытия движение камеры останавливается, партия изделий заменяется, добавляется порция наносимого материала и процесс возобновляется. Нанесение многокомпонентных покрытий достигается загрузкой нескольких материалов в нужном соотношении, а многослойных - добавлением новых доз материала без замены изделий. Процесс является безотходным, так ка" выполняется в герметичном объёме камеры; подбором величины доз

Рко. 1. Прикцзя ргпжгаацкя метода Щ5

кожа получить эффективное использование всей массы наносимого магериаяа.Пройввсдительность зависят о? объёма камеры и гаСарц-тов изделий.

Концептуально идеи ИДН были высказам ещй в 50 - 00 гг. ( патент СЙЛ 2723204, а.с. СССР 247932, 34976?, 34076?, 121133? К ДР.) .в практическое алане можно отметить работа А.П.Вабнчеза. В последнее гремз ряд дайка«? эс работ выполнен в Институте Сшг-тетически/г Полимерных Катерталоз РАН ( акад. ЕИкколопов Н.С. }, в МЛТК " Мосиехакобр " < Лэсин А.Д. ). Однют» к настоящему времени спектр возможных да ~ покрыта* на изучен как с точки зрения материалов, гая а гпдзв покрытий. Огайо исследованы процессы формирования покрьт&, не? оценок их сзойстз. 8 научно -«зхнической лигерзтурв ..по сокаруаено попыток создания деже опытных технологий по дашому метолу. Эти проблемы и с .редеяили перечень задач диссертации, сформулированных выше.

1 Вторая глаза посз/тцена физическим и математическим моделям процесса КДН. На первой стадии процесса благодаря соударениям происходит микрорезание„ удаление загрязнений и дефектов и активация поверхностей что позволяет обойтись без специальна, операций подготовки поверхностей к покрытию. Одновременно самопроизвольно формируется оптимальный гранулометрический состав порошка. На второй стадии формируется плёнка благодаря соударе-

ниям рабочих тел через елей наносимого материала. На третей стадии - уплотнзние и закрепление плёнки»нь поверхности изделий. Энергия формирования и закрепления плёнки сообщается в виде тепла, механической анергии упруго - пластической деформация и др, При ударных Бездействиях даже в иорь^шсых У-ловиях ( комнатная температура, атмосферное давление ) могу® происходить твёрдофазнаэ химические реакции, обычно требующие высоких температур и давлений.

Максимальное давление при соударении сферы с пдоскостгв списывается уравнением ( рис. 2 ):

Р

I

j

с. А

■ г2.цг

где Р - интегральная сила удара, зависящая с; скорости соударения, г - радиус шара, 11 - коэффициент ващеы^зния материал.'

. При соударении двух сэров через слой материала

fer

2Р

Так ¡сак вероятность соударения рабочих тел между собой болью, чем с поверхностями изделий, а контакткоз давлеш.е eues, покрытия форчюрушея первоначально в-оснозном на рабочих телах как промежуточных - носителя:;, а затем на поверхностях изделий.

Теоретически noitaaa»o: что в процессе работы непрерывно идут процессы изыельчзния и агрегагирсвания ( "слипалия" } частиц порошка, в результате средний размер свободной частица г стремится к уетааовивнакг/ся значении .

У*= l>t ~

где?, б2,0 - параметры, характеризующие вероятность проте-¡ия процессов измельчения и агрегатирования. Частицы, размеры'которых превышают

измельчаться не могут и в покрытке не интегрируются, Анализ 6

прсшесов пв*'?моя-'йетвия эаемяитоэ з-трузк?? кулеры позволил не тодьпо BivKíatF.T'b состаьяшцде сил давленая па стекп', кзмери ( дай прэчпсстных рангов >, по и поедсказе-го явдзяиэ самопроив-

бсгьиого 2рэд0нил камера во!фут пбс-эй c-ts, что в £№ней>$«м сало использовано при «Ьястру'дровапЕй ольтао - про»?АШпаой установи!, где вращешк кг-азры происходит С-ез споцлааных пргяюдоз.'

Третья глада поевгцепа г>вспори:.шта»ным исгледосатям процессов ИД - :анесения. Рйботы выполнись кг. сукзствутэтда зибрзцштнх устзлсвглх с объемам!: клжр ОД и 1С я*, а такяе специально спрсвкияртоа^каЗ уставозке с ш«3шп!рстчзыа воз-д ейегзисм.

На первом степь зкецеремемтагьннх исследований оцшашазись тсхнодопгаесгс» вогмссаости метсда, а ечзпво номенкгп'гура мате-сигюъ ( кзтгш^оз а ««un-assos,- их ), íídtophp маето

наносить даняш мотодом яа кстдепоать д-гтглей г:з стали, агши-hiit-bux цикксрчх сплазса.

На ¡»тором зе'г.' ипуца^ч»! дич'^ччо.ч-'.э харскь-риск-ки ко' рошакы;; наторкало?, ч иайэч^Л' качеро, исшшпе т«лгерагуры в процессе обработки в условиях пседваритвльного нагрева камэрь. и без него; процесса форнчровакил во зргквгш одпокшпезентпмх н кногокэчнонентюи покрытий в загисш-юсти о? состава я кодичрст-ва закгшднваемого мегериана, паргнгтров вибрации, длительности обработка; иигледовался »'.глигаскай состав каяогёшал покрытий. Значительные эксперименты биты яроведеаы в цэляк закрепления

п

покрытий путём последующей термической обработки.

Была установлена возможность нанесения На стальные поверхности чистых металлов: Al» Zn» Mo» tf, NÍ, Cr» Tiг композиций AL-Zn, Al-Cu» Al-Zn-Cu, Cu-Nl , Kc_; из отдельных компонентов» так и из порошков сплавов с коррекюро-кой состава; оксидов алюминия и циркония, дисульфида молибдена, композиций металл -неметалл~ и др. Не наносятся без подслоя медь и медные сплавы. Аналогичным обрэчсм исследованы возможности нанесения различных покрытий на алюминиевые и цинковые сплавы. Материал загружался в камеру в виде поройгл, фольги, проволоки, стружки ( толщиной до 0,15 мм ).

Опыты показали, что гранулометрический состав находящихся в камере порошков в проп^ссе обработки не остается постоянным. Так, для цинкового порошка со средним исходным размером частиц 4 мкм б начальный период { до 2 мин ) наблюдается -процесс слипания е гранулы размером в среднем 350 мкм ( рис. 3 ). В дальнейшем происходи? процесс монотонного измельчения с постоянным переходом части порошка в покрытие, с размерами остающихся э зоне обработки частиц порядка СО - 100 мкм, что инвара дтко и для других материалов ( медь, алюминий ). Таким образом ШИ не нуждается в дорогих и дефицитных ультрадисперсных порошках, оптимальный размер загружаемых в камеру частиц составляет би - 80, мкм.

Толщина покрытия измерялась на образцах гравиметрическим методом с использованием аналитических весов с ценой дележк. 0,005 гр; контрольные аамеры производились на электронном микроскопе. Эксперименты покаьали экстремальную зависимость толщины покрытия от времен обр.йотки при однократной заправке дозы наносимого материала и асимптотическую при многократном добавлении. Яри этом максимальная толщина покрытия зависит от вида материала и величины дозы. На рис. 4 показаны зависимости толщины алюминиевых покрытий от длительности процесса к количества закладываемого материала. При дозе 0,25 г/л ( кривая 1 ) покрытие получается тонким ( до 5 мкм ); доза 0,75 г/л ( кривая 2 ) близка к оптимальной, толщина покрытия составляет более 20 мкм, но процесс не следует вести более 10 мин; Увеличение дозы до 1,0 г/л приводит к обратным результатам ( кривая 2 ), так как слишком большое количество порошка ухудшает услс^'ш соударения сквозь слой. Подбирая оптимальные режимы, можно получить о~нок-

Рис. 3. Зависимость среднего размера частиц порезка цинка от времени импульсно - динамической обработга

ратным процессом покрытия W, N1 и to толгдаой до 5 «км, хрома -до 25 ыкм и т.д. При этом температура внутри раЗочей камеры достигает 100 - 120 С и остаётся стабильной веэ зависимости от наличия или отсутствия предварительного нагрева.

Закрепление покрытия и улучшение его плотности достигается последующей термической обработкой з температурной зоне дкффу-зш С Т > 0,8ТПл )■ На пластины из стали 3 был нанесен подслой цкнка толпдаоЯ 2 мкм и далее покрытие из латунной стружи толщиной S мкм, после чего часть образцов была подвергнута термообработке; химический состав покрытий обеих гр,ла образцов за-' мерялся на-электронном сканирующем микроскопе. На поверхности покрытия установлена миграция атомов цинка и меди к яоаерчкоо-т'!, а келеза - вглубь. В поперечном сечении ( по шлифу ) отмечено проишювеняэ частиц покрытия в основу ( до 0,5 % )и образованна переходного слоя мелду ним:;.

°6зта8ргаз удава содержит шалив свойств изделий с ИДЯ -покрытиями" по по параметрам шероховатости поверхности, едгеги-0?Ш0Й СВЕЗЯ с основой, игносоустслчизостн, коррозионной стой- -костя, цвзтнссги.

Исследования образцов с различной неходкой шероховатостью ( О,OS < йз < 2,5 ) показам, что на начальной стадии обработки происходит выравнивание и.стаби изащя значения Ra 0,2 - 0,6

Ь, usa

U 10 10 2 0 3 0 ЗВ Рис. 4, Зазисиаоль толщины исхфаиш от времзни обрабояш при

разл?.чм.-<к ксхол»количествах пороша шгошшия ■

кил, что :цгэнгич;;о при вагитой отсутствий покрытий. Лря ' последующей 5ерыосюо.г5от::-з в г^щерагдшой ¿око диК'/гзк taie-риапа по!фг:тия океозно уыб/лзанае вмрохсвагеС5н, оссс-еякс яри удлинении тсмг;ерг'хурк''"э воздэ?ствил.

Сопротивление какгаяванк-о ксследог-аа'ось иутёа абразивного изнашивания слразцов с шждошши в йг.бриоуаще^ usurpo. Сат-оеш, износа оцешшаяась кз псгарей веса копры-м, та? и па уд2~ьно:" плоейдк ксчазн/Бшего покр'Гдпя. Сравниv-aíi'Cb образца а гальваническими и иди - ( и5наком;ю:1к1п.ы.и к ые&гоюк»-иэвж&и ). замеры показали мног&кригно бг-г^э шссвсуд ианоссй-той:~'С?ь ИЛН - <*íp¿34он, осебойно - шог^гшоиойгййх.

• Сгздущая серил гксаергкектоз . гтсзяа вал&иА .-»зучеиие влияния на .иносойтойкоагь посги,««»?.• На рис.

5 п^кочзиа шиученк&л /ля покрытий «агуш; ( 6 мни ) вгяосостойкостй ( ьремя яоег.кенид feüS-кого ксчеэвоаеаия яябики с'поверх1;осш ) oí яхетельнгсги хермс^браСсж v. х "i, £» часа ) при темперагуре 350° С с огсгаадетдам б печи. Графи:: пс::а-эывает существенное увеличение износостойкости по срашклл с образцами бег тс-рмс-^грабагии и монотонное увмкчяше удли-

| т5{,шш

1 !, 1 '

1

!

Г"" 1 - ! !----1

12 3 Тв,мшг

Рг-с. 5. Зависимость врекэни 60 - % кого износа латуккых ЯДН -- покрытий от времени зкдержки при термообработка для шаров (х) и пластин (0)

пении выдержки. Аналогичные результаты были получены для алюминий я цинка. Опыты с никелевым покрытием дали отрицательный рэ-гультат - покрытия темнели, износсстой:хоть ухудшалась.' .

Ддгевйозназ прочность жспытывалась па специальном приспособлена для отрыва плёаки от поерхности основы. Вычлененный на пластине фрагмент покрытая склеивался а контробразцоц и через него посредством приложения нарастающих тарированных усилий ( ;;й 100 кгс ) производились испытания на отрыв.

Пспытызались образда с гальвеннчесйши покрытиями ( никель ) н да - покрытиями { шасель, латунь, али;л"ний ). По ннкела прочность гальванических покрытий ( с подслоем меди ) икавалас» Г-К28» чем ИДН - покрытий, нанесённых без подслоя ( 30 - 40 - ктс/с\Р ). прочность ЩЩ - покрытий из алюминия и латуни значительно выше ( разрыв при > 70- кго/сн2 происходит по кле» ).

Декоративные свойства покрытий оценивались цветовой гаммой э зависимости от состава я толщины покрытий, характера термооб-' ра5о?кп. На образцах - е?.рах, пластинах, роликах были получены покрытия:' а) .жЭлтые " под золото ", 9) красно - коричневые " под брогпу " в) белые с оттешегмн, г) чёрные с оттенками. Покрытия нмеют матовый или блестящи.вид, но не до уровня зеркального, попытки последующей шлифовки или полировки приводят к из-мснешгэ цвета покрытия. Наиболее интересны но цвете-ой гамма

многослойные и многокомпонентные покрытия, они же имеют наилучшую износостойкость.

Антикоррозионные покрытия создавались на основе традиционных материалов: алюминия, цинка, никеля и их сочетаний. Согласно результатам сравнительных испытаний стадьь...е изделия г КДН -покрытиями цинка и алюминия имеют скорость коррозии в 6 - раз ниже, чем незащищённые, но уступает в 1,5 -1,7 раз изделиям с гальваническими покрытиями. Однако, истинные- возможности ИДН -метода пока не выявлены, поскольку не удалось в достаточной степе: I исследовать композиции на осноъе а*шиния, а гальванически гакке покрытия нанести невозможно.

Гияай глава посвящена некотсрум практическим результатам работы. Сформулировьны требования, общие для всех технологий ЭДН Покрытия можно наносить лишь ка достаточна прочные, неде-формируо:«е поверхности, не имеяцие конструктивных элементов, которые могут бить повреадены йдастгчзспш деформированием про соударениях. Поверхности покрываемых игдевд, ударные тела и наносимый материал не должны иметь вэдишх следов гашга и аналогичных загрязнений- допускается наличие участков !Соррозия яе более */ - 10% от покргтемой площади. Поверхности дешкш быть сукима, свободными от любах разтворителей и иных хишчзских ра-агеятов. Ианоси;.ай материал должен бить сухда. при ааакиосга в помещении менее СО 7. сукку. материала, ивдеягй и удраннк тел мегше не производить.

Конструкция техно.чог!1Ч8ааи камер должны бить герметичными в процессе обработка к предусматривать возг-шюоть продувки содержимого в процессе загрузки - в^груоя;. Степень сапашеиия объема рабочей ¡змер« 05 -70%. Разработал* па уровне опытных технологии нанесения ^екоратквных, а таиорроэиотш к твёрдос-мазочных покрытий, с охватом подготовки пэзерхности и ъатериа-лов, формирования покрытий я их поедэлуюдаго вакрэпшпм. ретг.а разработаны; 1) тохиолегив ааесейия'лекорагиьных пс-фьгсий медь - цнпк, мздь - елшшмй »»а стальные поесркности; -цинк ка алюминиевые поверхности; ващх блестящих и чёрных нок-рытий на цинковые сплавы; 2) технология нанесения валютных покрытий: цинк нэ сталь, ааюьаний на сталь, здшший - яедь ла сталь; 3) яэхнологяи нанесения ват^по,- декоративных покрытий алюминий - медь - ц,.нк ка сталь; 4> технологи: напесеякя твёр-досмазочныя покрытий дисульфида молибдена на детая; • повпйпккксь качения. В цэлях послудующего проектирования техно* тического

то

оборудования для МДН покрытий выполнен анализ вариантов структурно - компоновочных решений, отличающихся источником энергии соударений ( сопловая бомбардировка, вращение камеры, вибрация, принудительное перемешивание и пр.). Показана перспективность комбинированных методов ( вибрация плюс перемешивание, вибрация плюс вращение ) н соответствующих конструкций. На этих принципах разработана, изготовлена и апробирована иирокодиапабоиная экспериментальная установка, сочетающая вибрацию камер при широком регулирования её частоты и амплитуды с перемешиванием э."°ментов при помощи регулируемой мешалки внутри одной из камер. Разработан проект опытно - промышленной установки с двумя параллельно работающими камерами, сочетающими вибрационное воздействие с самопроизвольным вращением вокруг собственной оси.

ВЫВОДЫ

1. Импульсно-динамическое нанесение тонкоплёночных покрытий (ИДИ) является безотходным экологически чистым процессом, который для определённых видов изделий и материалов может стать альтернативой гальваника и другим процессам при нанесении декоративных, коррозионно-стойких и твёрдосмазочкых покрытий.

2. Процесс осуществляется в технологической камере путем контактного массоперэноса на рабочие, поверхности изделий материалов, которые могут быть использованы не только в виде порошка, но и стружки, других видов отходов.

3. Импульсно-динамические методы позволяют наносить тонкоплёночные покрытия алюминия, цинка, хрома, никеля, молибдена, меди, вольфрама, титана и др.;многослойные покрытия различных материалов г многокомпонентные покрытия { бронза, нержавеющая сталь, карбид титана и др. ), неметаллически*; покрытия, в том числе с формированием необходимого состава непосредственно в камере.

4. На начальных стадиях процесса происходят микрорезание и другие процесса удаления дефектов поверхности, что позволяет обойтись без специальных операций подготовки поверхности и производить все стадии нанесения покрытия в одной камере; одновременно формируется оптимальный гранулометрический состав порошка ( 40-60 мкм ); применения дорогих и дефицитных ультрадисперсных порошков че требуется.

5. Процесс сопровождается не толь .со механическим взаимодействием, но и механохишческими реакциями с выделением тепла; температура массы изделий стабилизируется на уровне 100-12С0 С, не-

зависимо от исходных условий (наличие или отсутствие предварительного нагреьа).

6. Процесс роста плёнки во времени косит экстремальный характер, так как процессы контактного массопереноса продолжаются и после израсходования материала; при превышен!,.! некоторог оптимального времени может происходить уменьшение толщины покрытия ввиду переноса частиц материала на стенки камеры.

7. Однократным процессом можно получить плёнку алюминия толщиной до 25 мкм., цинка до 6-8 мкм, вольфрама до 3-5 мкм, латуни до 8. и т. д. Многократным процессом, добавлением новых пор-Щ5й материала, можно получись многослойные и многокомпонентные покрытия толщиной до £00 мкм , однако с ростом толщ-ны равномерность покрытия может уменьшаться,

8. Закрепление плёнки на поверхности и улучшьаие её свойств моде т быть достигнуто последующей термической обработкой благодаря взаимной диффузии материалов я Формирования переходного слоя, " размывающего " границу между основным материалом й покрытием.

9. Оптимальный прдбоп технологических режимов позволяет получать покрытия ив различных материалов (алюминий, цкнк, латунь н т. п.) со ведущими характеристиками- шероховатость Ra» 1.0-1.Б мкм, адгезионная прочность, на отрнв до 70 кгс/см2, стойкость на истирание в 2-3 раза выше, чем у аналогичных покрытий, нанесённых гальваническим способом.

10. Декоративные покрытия целесообразно наносить, непосредственно используя латунную стружку, покрыче толщиной 8-10 мкм формируемся при амплитуде колебаний Б мы и частоте 150 с*1 за £5 мин. Подбор добавок, варьирование толщиной и параметрами последующей термообработки позволяет получить гамму цветности изделия ( красную или золотистую со множеством оттенков ).

11. Антикоррозионные покрытия на основе композиций алюминий- цикк- никель имеют преимущества перед полученными гальваническими методами, которыми алюминий не наносится. Скорость коррозии стальных образцов с ИД покрытием толщиной 6 мкм в 6-7 рае ниже, чем у незащищённых, однако в 1,5-1,7 раза выше, чам у образцов с гальваническим цинковым покрытием.

12. Твёрдосмазочные покрытия на основе дисульфида молибдена могут наноситься на шарики и беговые дорожки подшипников совместно или раздельно; толщина плёнки до 5 мкм при длите юности процесса до 30 мин. т.д.

Основные положения диссертации изложены з слэдуодм работах:

1. Волчкевич И. Л. Импульсно - динамическое нгнесеикэ тоннопдё-ночных покрытий // 1-й Международный симпозиум украшзсгеи инженеров - механиков: Тез.докл.Меядунар. кауч.-техн. конф.- Львов, 1993. -С. 383.

2. Волчкевич И.Л. Нанесение тонкоплёночныхх покрытий из порошковых материалов импульсно - динашчеекш методом( ИДН ) /'/ Новые технологии получения слоистьи и пороакозых материалов, композиционных покрытий : Тез. докл. мэядунар. научно - техн. кс;ф.- Сочи, 1993. - С. 14-15.

3. Волчкевич Л.И., Волчкевич И.Л. Импульсно - динамическое нанесение тонкоплёночных покрытий // Метроном. - ' 1994. - M б - б. - С.. 35 - 37.