автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Разработка технологических мероприятий по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих 3D-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента

На правах рукописи

ДРУЖКОВ СТАНИСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ УПРОЧНЯЮЩИХ ЗБ-НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.02.07 - «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 МАЙ 2012

Рыбинск-2012

005044967

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева».

Научный руководитель:

заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Кожина Татьяна Дмитриевна.

Официальные оппоненты:

Семёнов Эрнст Иванович, доктор технических наук, профессор,

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени

П. А. Соловьева, профессор кафедры «Вычислительные системы»;

Шапошников Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент, Ярославский государственный технический университет, доцент кафедры «Технология машиностроения».

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана».

Защита диссертации состоится 30 мая 2012 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д212.210.01 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева» по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской области, ул. Пушкина, 53, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева».

Автореферат разослан 28 апреля 2012 г.

: Г-237.

Ученый секретарь диссертационного совета

Конюхов Борис Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации рассматриваются вопросы повышения производительности процесса магнетронного напыления 3£>-нанокомпозитных упрочняющих покрытий металлорежущего инструмента путём параметрической оптимизации давления газа по симплексу скорости осаждения покрытия.

Актуальность темы

Эффективность механической обработки во многом определяется характеристиками применяемого металлорежущего инструмента. Непрерывно осуществляются исследования, ориентированные на повышение скорости резания, увеличение прочности и повышение износостойкости инструмента. Эффективным направлением повышения характеристик металлорежущего инструмента является нанесение на его рабочую часть упрочняющих наноструктурирован-ных покрытий, обладающих высокой твердостью, вязкостью, теплостойкостью и низким коэффициентом трения. Эти свойства покрытий предопределяются малым размером кристаллов и большой объёмной долей границ зёрен. Механизм повышения рабочих характеристик заключается в том, что данные материалы имеют сбалансированное отношение между твердостью, определяющей износостойкость, и прочностными характеристиками материала. Таким образом, упрочняющие наноструктурированные покрытия, благодаря комплексу своих свойств, имеют большое значение в современной инструментальной промышленности.

Низкое качество инструментального материала и отсутствие упрочняющего покрытия привело к падению спроса на отечественный металлорежущий инструмент, поскольку он не способен удовлетворить существующие потребности современного потребителя. Следствием этого стало широкое распространение продукции фирм «Sandvik Coromant», «Mitsubishi», «Kennametal», «ISCAR», «SECO», «Lamina Tecnologies», «Coriin», «Guhring», «Hoffmann Group» на отечественных машиностроительных предприятиях. В результате, в нашей стране на инструментальном рынке сложилась неблагоприятная экономическая ситуация, выходом из которой может быть лишь организация собственного производства металлорежущего инструмента, способного составить конкуренцию зарубежной продукции.

Магнетронное напыление, обеспечивающее формирование нанокомпо-зитной структуры покрытия, обладающей низким коэффициентом трения и обеспечивающей высокоэффективную защиту от износа и коррозии при повышенных температурах, является в настоящее время наиболее перспективным методом нанесения упрочняющих покрытий. Несмотря на это, данный метод нанесения покрытий не получает промышленного распространения ввиду низкой скорости напыления, тогда как его внедрение на отечественных предприятиях по выпуску металлорежущего инструмента могло бы коренным образом изменить сложившуюся негативную ситуацию.

В связи с вышесказанным, актуальной научно-технической задачей является поиск способов повышения эффективности процесса магнетронного напыления, что позволит обеспечить распространение данного метода и выпуск конкурентоспособного отечественного металлорежущего инструмента.

Целью работы является разработка технологических мероприятий по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих

3/)-нанокомпозитных покрытий путём повышения производительности установки ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий по симплексу скорости осаждения покрытия.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ современных подходов к математическому описанию процессов ионно-плазменного синтеза упрочняющих покрытий;

2. Формализация влияния технологических условий осуществления процесса магнетронного распыления на формирование давления газа в вакуумной камере;

3. Разработка математической модели скорости осаждения покрытия;

4. Выполнение оптимизации параметра давления газа по симплексу скорости осаждения покрытия;

5. Разработка программного модуля параметрической оптимизации давления газа под различные условия реализации процессов ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий;

6. Практическая апробация результатов работы.

Общая методика исследований основана на выполнении теоретических исследований с использованием теории газового разряда и молекулярно-кинетической теории, а также проведении экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях с использованием системы автоматизированной обработки экспериментальных данных, при этом применялись методы планирования эксперимента и статистической обработки результатов с использованием программных продуктов MathCAD и Microsoft Excel.

Достоверность полученных результатов обеспечивается за счёт использования признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, а также корректного применения современных методов обработки экспериментальных данных, реализуемых с помощью программного продукта Microsoft Excel. . '

Научная новизна заключается в разработанном автором способе повышения эффективности процесса магнетронного напыления за счёт параметрической оптимизации давления газа в вакуумной камере магнетронной установки по симплексу скорости осаждения покрытия, который включает в себя возможность компенсации влияния на процесс случайных изменений технологических параметров и факторов, определяющих качество плазмы, за счёт регулирования давления газа в вакуумной камере. В том числе:

- разработана модель комплексного показателя качественного состава плазменной среды, реализующая количественный учёт характеристик процесса напыления и тождественно определяющая показатель, используемый для коррекции давления в вакуумной камере магнетронной установки;

- разработана математическая модель по определению скорости осаждения покрытия в зависимости от физических параметров процесса напыления, учитывающая природу среды «газ - распыляемый материал» и особенности вольтамперных характеристик магнетронной системы, в том числе зависимости показателя эффективности напыления, плотности тока и коэффициента распыления от давления газа в вакуумной камере;

- установлены закономерности взаимосвязи между основными параметрами магнетронной системы (разрядным током и напряжением разряда) и давлением газа в вакуумной камере магнетронной установки по покрытию инструмента;

- разработана методика определения оптимального давления газа по симплексу скорости осаждения покрытия.

Практическая ценность работы состоит в разработанной методике оптимизации давления в процессе магнетронного напыления по симплексу скорости осаждения покрытия, использование которой способствует повышению производительности установки. Разработанный программный модуль, обеспечивающий автоматизированное получение и использование оптимизационных моделей в различных условиях реализации процессов ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий, может быть использован для повышения эффективности процессов упрочнения металлорежущего инструмента, оснастки, деталей и узлов ГТД.

Автор защищает:

- модель комплексного показателя качественного состава плазменной среды, реализующую количественный учёт качественных характеристик процесса покрытия металлорежущего инструмента;

- теоретико-экспериментальную зависимость скорости осаждения покрытия от физических параметров процесса напыления для конкретных условий;

- технологические мероприятия по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих 31)-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были внедрены на предприятии ОАО «Русская механика». За счёт применения полученных износостойких покрытий при осуществлении операций зубообра-ботки стойкость металлорежущего инструмента была повышена в 1,9...2,0 раза, при этом шероховатость обработанной поверхности (по параметру На) была уменьшена в 1,3 раза, экономический эффект (в виде сокращения себестоимости операции напыления упрочняющих ЗТЭ-нанокомпозитных покрытий) от внедрения технологических мероприятий составил 25 %. Кроме того результаты работы были включены в учебный процесс кафедры «Резание материалов. Станки и инструменты имени С. С. Силина», а также использовались при выполнении государственного контракта с ГК «Роснанотех» по созданию программы опережающей профессиональной переподготовки кадров в области разработки и получения наноструктурированных покрытий режущего инструмента. Автор работы, является сотрудником малого предприятия ООО «Пико» открытого в рамках ФЗ-217.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: «5-й Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых» (Уфа, 2010), организатор - УГАТУ; Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Нанотехнологии в производстве авиационных газотурбинных двигателей летательных аппаратов и энергетических установок» (Рыбинск, 2010), организатор - РГАТА им. П. А. Соловьёва; Всероссийской Конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва,

2011), организатор - МГТУ им. Н. Э. Баумана; Всероссийской молодёжной научной конференции «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2011), организатор — УГАТУ; «Национальной научно-технической конференции» (Москва, 2011), организатор - Союз Машиностроителей России (работа награждена дипломом за второе место); Региональном конкурсе «Молодость - Эрудиция. Стимул -Инновация» (Ярославль, 2011), организатор - Департамент экономического развития Ярославской области; «7-ой Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых» (Уфа, 2012), организатор - УГАТУ; Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2012), организатор -ВоГТУ. Полностью работа докладывалась и обсуждалась на кафедре «Резание материалов, станки и инструменты» им. С. С. Силина РГАТУ им. П. А. Соловьева.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 из них в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников из 87 наименований, а также пяти приложений. Общий объем работы 196 страниц, диссертация содержит 47 рисунков, 31 таблицу и 92 формулы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы, кратко сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена анализу состояния развития теоретических аспектов ионно-плазменного метода получения упрочняющих наноструктуриро-ванных покрытий. Исследования в области ионно-плазменных технологий получения покрытий выполнялись многими отечественными и зарубежными .учёными: Агабеков Ю. В., Башков В. М., Ветошкин В. М., Григорьев С. Н., Григорьев Ф. И., Данилин Б. С., Епифанов Г. И., Киреев В. Ю., Ключарев А. Н., Князев Б. А., Кожина Т. Д., Королев Б. И., Кузьмичёв А. И., Морозов А. И., Никитин М. М., Петухов В. В., Райзер Ю. П., Рудый А. С., Семёнов Э. И., Таги-ровР. Б., BehrischR., ChenF., DushmanS., Hultman L., Maisel L„ Meyer K., Westwood W. D. и др.

Анализ литературных данных свидетельствует о том, что в настоящее время существует подробное физическое описание процессов, происходящих в плазме газового разряда. Важную роль в процессе напыления покрытий играет давление рабочего газа: оно воздействует на характер движения частиц и, таким образом, определяет процесс ионизации газа, а, следовательно, и скорость синтеза покрытия. Однако характер влияния давления на процесс распыления довольно сложен и неоднозначен. Установлено также, что давление газа взаимосвязано с качественными характеристиками плазменной среды, однако механизм учёта этой взаимосвязи на данный момент отсутствует.

Диапазон давлений рабочего газа определяется условиями существования рабочих разрядов, при этом могут быть установлены оптимальные значения рабочего давления, которые соответствуют максимальной скорости генерации

энергетических частиц, то есть максимальной скорости распыления материалов. Однако, конкретные способы оптимизации давления по скорости напыления в литературе не приводятся, тогда как изменение рабочего давления в процессе синтеза покрытий может не только вызвать снижение скорости напыления, но также стать причиной нарушения стехиометрического состава получаемого многокомпонентного покрытия.

Выполненный анализ теоретических данных показал, что математическое описание непосредственного воздействия давления газа на скорость осаждения покрытий и её основные составляющие (плотность тока и коэффициент распыления) отсутствует. Основные зависимости, описывающие процесс с позиции его скоростной характеристики могут быть систематизированы следующим образом (таблица 1).

Таблица 1

Основные существующие зависимости, описывающие скоростную характеристику иошю-

плазменного процесса

Наименование зависимости Формализованное представление Основные определяющие параметры*

Формула скорости осаждения покрытая v = n-vp Эффективность процесса напыления ц; Скорость распыления v,,

Формула скорости распыления (Данилин Б. С.) _ 6,25-10м -j.-Y-m, NK- р Плотность иопного тока _/„ Коэффициент распыления Y

Модель коэффициента распыления (теория Зигмунда для £'„<1000 В) Y- Зриуи. Е. 1 27t2(/7j„+mJ cosa Ионная энергия Ея

Основное уравнение MKT E, =-kT ' 2 Температура частиц

Уравнение состояния реального газа ( M* аЛ V m V ) (у-Кь^Квг k. m ) m Давление газа р

Выражение для определения плотности ионного тока (Behrisch Я) ÁK<VS Удельная проводимость плазмы ае. Напряжённость электрического поля е

Удельная проводимость плазмы (Кшочарев А. Н.) m.-v. Частота ионизации и„

Частота ионизации (в случае максвеловской функции распределения) M. Ток разряда Л/

Напряжённость электрического поля X Ионная энергия Ел Длина свободного пробега частиц в вакууме X

Формула для определения энергии ионов o? ii Ч". Напряжение разряда Ц/

Длина свободного пробега частиц в вакууме (Воль-пяс В. А.) ■Jl-n-S-p Давление газа р

К определению числа атомов, достигших подложки (Григорьев Ф. И.) ii ¿s: f ^ 1-е1 i»A \ J Длина свободного пробега частиц в вакууме X

* В рамках отдельного процесса иопно-плазменного напыления.

В ходе систематизации данных автором было установлено, что путём преобразований имеющихся формул искомые зависимости могут быть определены опосредованно. В связи с вышесказанным, в качестве целесообразного направления достижения поставленной цели по повышению производительности магнетронной установки автором предлагается разработка математической модели, определяющей непосредственную взаимосвязь скорости осаждения покрытия и величины рабочего давления газа в вакуумной камере, которая впоследствии может быть использована для оптимизации давления.

Во второй главе на основе анализа ранее выполненных исследований, представлена разработка математических моделей для оптимизации давления газа в вакуумной камере.

Создана математическая модель, необходимая для осуществления количественной оценки качества плазменной среды в вакуумной камере в процессе магнетронного нанесения покрытий. Она позволяет рассчитать коэффициент, отражающий полноту соответствия комплекса качественных характеристик плазмы аналогичному комплексу, принятому за эталон:

где бсоетлл- комплексный показатель качественного состава плазмы; g¡míW- весомость комплексного показателя содержания атмосферных примесей в плазме;2А„,р ^АКОр- единичный показатель толщины технологической корки и его весомость; Qt¡Пм,gtlml- единичный показатель продолжительности нахождения камеры под атмосферным давлением и его весомость; б'во — единичный показатель продолжительности вакуумной откачки и его весомость; весомость комплексного показателя содержания технических примесей в плазме; <2дТ gqГ - единичный показатель чистоты используемых газов и его весомость; Qqм,gqн— единичный показатель чистоты материалов мишеней и его весомость; gBГ - весомость комплексного показателя выполнения требований вакуумной гигиены; 2чп, gчп — единичный показатель чистоты осуществления процесса и его весомость; gмy- весомость комплексного показателя микроклимата вакуумного участка; От^т— единичный показатель температуры воздуха и его весомость; (¿т, ёш - единичный показатель относительной влажности воздуха и его весомость; Qг,gz— единичный показатель запылённости воздуха и его весомость; 2'ио - единичный показатель продолжительности ионной очистки и его весомость; б<7ос, ёЧос ~ единичный показатель исправности откачной системы и его весомость.

За счёт оперирования безразмерными комплексами вместо параметров процесса в явном виде обеспечивается универсальность модели, а также возможность интеграции большого числа разнородных параметров и показателей качества. С учётом практической проверки, определяемый по модели коэффициент может учитываться в расчёте оптимального давления (по критерию

+ Я™,,, • • 0:1 + 8,.'(21)+ +

+ £вг '8ш "(Ят

+ г -Ог •О2

'ио

(1)

производительности) для конкретных условий осуществления процесса ионно-плазменного напыления.

В ходе анализа и математических преобразований зависимостей, определяющих процесс ионно-плазменного напыления, автором получены математические модели составляющих скорости процесса напыления: плотность тока, коэффициент распыления и показатель эффективности напыления. Полученные математические модели могут послужить основой для формирования зависимости скорости напыления от физических параметров процесса напыления.

В третьей главе приводятся результаты практической проверки аналитически полученных моделей для оптимизации давления газа в вакуумной камере установки магнетронного напыления модели «\Jnicoat 400» при непосредственной реализации процессов магнетронного напыления упрочняющих покрытий, представлена методика экспериментальных исследований, используе-

Рис. 1. Общий вид установки магнетрон- Рис. 2. Модель процесса магнетронного напы-ного напыления «итсош 400» ления

Приводятся результаты экспериментального исследования влияния качественных условий осуществления процесса магнетронного напыления на величину давления газа в вакуумной камере. В ходе сопоставления результатов экспериментов и расчётных значений давления по прогностической модели качества плазмы с применением методов математической статистики по критериям Пирсона и Тейла выявлена адекватность модели.

Экспериментальные исследования взаимосвязи составляющих элементов скорости процесса напыления с величиной давления газа в процессе работы дуальной несбалансированной магнетронной распылительной системы (рис. 1.) установили необходимость частичной корректировки, либо полной замены ранее составленных их математических описаний более адекватными эмпирическими аналогами.

Корректировка модели коэффициента распыления состояла в замене её части, соответствующей энергии ионов. Статистическая обработка результатов эксперимента по исследованию взаимосвязи напряжения разряда (эквивалент ионной энергии, таблица 1) и давления газа в вакуумной камере с применением программной среды Microsoft Excel (рис. 3.) позволила получить уравнение регрессии вида

Ud =281-р"°'21, (2)

где Ц,- напряжение разряда, В; /? - давление газа, Па.

500

500

3

400

Ё1

■/!■'>

0,1

0,2

0,3

0.4

р, Па

■ р=0,1Па Ар=0^Па «р=0,ЗПа Рис. 4. Эмпирические зависимости напряжения разряда от силы разрядного тока (установка «итсоа! 400»; материал ВТ1-0; рабочий газ - аргон; максимальное напряжение разряда £/(/тах=650 В)

Рис. З.Эмпирическая зависимость напряжения разряда от давления (установка «Цтсош 400»; материал ВТ1-0; рабочий газ - аргон; максимальное напряжение разряда ЦлМх=650 В; разрядный ток /¿=5 А)

На основании полученного уравнения была составлена зависимость энергии ионов от давления, внесение которой в модель коэффициента распыления определило его непосредственную взаимосвязь с величиной давления газа в камере:

3 450-Ю'9

0,21 '

У = -

2я2 («„ + «„) Еф р

где У - коэффициент распыления, атом/ион; (] - функция от соотношения масс атома и иона; тя - масса бомбардирующего иона, кг/моль; тл - масса выбиваемого атома, кг/моль; Еф -энергия сублимации, Дж.

Модель зависимости плотности ионного тока от давления газа была сформирована на основании результатов исследований вольтамперных характеристик (ВАХ) магнетронной системы установки «итсосй 400» при различных значениях давления газа в камере. Статистическая обработка результатов экспериментов позволила получить частные зависимости разрядного напряжения от разрядного тока (рис. 4).

Полученные частные зависимости послужили основой для общей зависимости напряжения разряда от силы разрядного тока:

(7<,=329-е0'04;', (4)

где ¡а - разрядный ток, А.

Из уравнений регрессии (2) и (4) путём использования их элементов и расчёта необходимого коэффициента регрессии была получена общая модель зависимости напряжения разряда от силы разрядного тока и давления газа, которая с учётом условий эксперимента впоследствии была преобразована в модель плотности ионного тока:

Л =20831т гдеу„ - плотность ионного тока, А/м2.

(и,-Г]

[ 229 /

Экспериментальное определение взаимосвязи давления газа и эффективности напыления состояло в многократной реализации технологического процесса нанесения покрытия на образцы-свидетели при различных значениях рабочего давления, что сопровождалось измерением масс распыляемых мишеней и образцов-свидетелей до и после реализации процесса напыления. Расчёт показателей эффективности состоял в сопоставлении полученных масс, приведенных к единице площади. Статистическая обработка результатов эксперимента (рис. 5) определила эмпирическую зависимость эффективности процесса напыления и величины давления газа в вакуумной камере:

г| = 0,047-р"0'79, (6)

где 11 - показатель эффективности процесса напыления.

Путём объединения полученных эмпирических зависимостей (3, 4, 5, 6), с учётом формул из таблицы 1, была определена теоретико-экспериментальная зависимость скорости осаждения покрытия от давления газа в вакуумной камере:

4,2-10"1п(1,44р°'21 -е0-04'*)

у =-2__2-'---1-/уч

где V - скорость осаждения, м/с; Л^ - число Авогадро, моль'1; р - плотность распыляемого материала, кг/м3.

Данная математическая модель может рассматриваться как целевая функция для оптимизации давления газа в вакуумной камере и реализации энергоэффективных условий протекания процессов ионно-плазменного магне-тронного напыления.

Четвёртая глава диссертационной работы посвящена непосредственному осуществлению оптимизации давления газа по симплексу скорости осаждения в процессе магнетронного напыления 3£>-нанокомпозитных покрытий с целью повышения его эффективности.

Графическая интерпретация оптимизационной модели при использовании полученной целевой функции и наложении граничных условий на варьируемые факторы была реализована в программной среде МаЛСАБ. Расположение экстремумов на графиках (рис. 6), соответствующих оптимальным значениям давления, установило необходимость увеличения давления газа при снижении разрядного тока с целью достижения максимально возможной скорости осаждения.

Для реализации разработанных мероприятий автором предложен способ повышения эффективности процесса магнетронного напыления за счёт оптимизации давления газа в вакуумной камере магнетронной установки по симплексу скорости осаждения, который базируется на возможности компенсации случайных изменений технологических параметров процесса и влияния внешних возмущений (факторов, определяющих качество плазмы) путём регуляции давления газа.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что контроль системой управления установки основных параметров, определяющих ход процесса напыления, в соответствии с базовыми алгоритмами управления, сопровождается дополнительным расчётом оптимальной величины давления газа по

симплексу скорости осаждения покрытия с учётом действующих качественных условий процесса.

одо

0,290 0,270 0,250 0,230 . OJIO 10,190 0,170 I 0,150 0,130 0,110 0,090 0,070 0,050

\—

=х

г—1

—

0.4

0.3

I | 0.2

1

/

d=6A d=4 А d=2 А

t

0,i Р, Па

0Í

0,6

р. Па

Рис. 6. Зависимости скорости осаждения покрытая от давления газа при различном разрядном токе (установка «IШсоШ 400»; материал ВТ1-0; рабочий газ - аргон; максимальное напряжение разряда шк=<>50 В; параметры блока смещения С/а= 40 В; Л =1 А)

Рис. 5. Эмпирическая зависимость эффективности напыления от давления газа (установка «.1/тсоа1400»; материал ВТ1-0; рабочий газ - аргон; максимальное напряжение разряда £/лшх=650 В; разрядный ток /¿=5 А; параметры блока смещения иь= 40 В; Л=1 А)

Рассчитанное значение давления сопоставляется с действующим, после чего результат сопоставления в виде управляющего сигнала для корректировки давления сообщается системе управления. Указанные действия могут происходить как с участием оператора, так и автоматизировано, за счёт функционирования программного обеспечения. Принципиальная схема возможной реализации предлагаемого способа повышения производительности установки магне-тронного напыления за счёт оптимизации давления газа представлена на рис. 7.

ral

РЫтЬ'

| ieücmí

I ^EÜ'cmS МОД

ь р

Рис. 7. Принципиальная схема возможной реализации предлагаемого способа повышения

производительности установки магнетронного напыления (Рид, 11т[/3м/ял- задаваемые значения рабочих параметров: давления, тока, напряжения, частоты импульсов; САУ - система автоматизированного управления; р*яя Г ж, СЛад./™-заданные значения рабочих параметров, обработанные САУ; ИМ - исполнительные механизмы; БП - блок питания; РРГ- регулятор расхода газа; МС - магнетронная система; ПВ -привод вращения; р^ист* /«йп» идеааъ ~ действующие значения рабочих параметров; МОД -модуль оптимизации давления; р10ГГГ - скорректированное оптимальное значение давления;

Др - управляющий сигнал для корректировки давления) Таким образом, обеспечивается поддержание процесса нанесения покрытия на повышенной (относительно базового варианта) скорости, благодаря чему затраты времени на процесс напыления сокращаются.

Для создания и использования оптимизационных моделей под различные условия процессов ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий автором была предложена методика определения оптимального давления по симплексу скорости осаждения покрытия, схематизированная на рис. 8. Данная схема реализуется следующим образом. Путём статистической обработки экспериментальных данных с применением табличного процессора Microsoft Excel формируются уравнения регрессии для основных составляющих элементов скорости осаждения покрытия. Далее в программной среде MathCAD полученные уравнения интегрируются в общую модель скорости осаждения, для которой также задаются значения постоянных и переменных факторов. Для быстрого поиска экстремальных состояний оптимизационной модели её математическое выражение имеет графическое представление^___________

I _ MathCAD -

I Услобно-поотшянные параметры

I - масса бомбардирующего иона тя

I - масса выбиваемого атома m^

- коэффициент учитывающий природу среды ß

I - постоянная Авогадро

I - плотность распыляемого материала р

' - энергия сублимации распыляемого материала ЕсуЬ

I - эффективная площадь мишени S

Переменный параметр

Разрядный ток: lj

I_____________________________I

Рис. 8. Схема определения оптимального давления газа по симплексу скорости осаждения

покрытия

В качестве примера использования полученной оптимизационной модели (рис. 6) могут быть представлены следующие результаты. Согласно модели, оптимальным давлением для вышеуказанных условий (установка «ШгсоШ 400»; материал ВТ1-0; рабочий газ - аргон; максимальное напряжение разряда

Штах=650 В; параметры блока смещения £4=40 В; /¿=1 А; /¿=6 А) является значение />=0,15 Па. При его использовании в качестве рабочего давления скорость осаждения составила 0,36 нм/с, тогда как при осуществлении аналогичного процесса без оптимизации давления значение скорости составляло 0,28 нм/с. В результате, параметрическая оптимизация давления в данном случае обеспечила сокращение времени технологического цикла на 29 %, при этом ухудшение качества получаемых покрытий не происходит.

Таким образом, в ходе работы на основании конструктивных особенностей установки магнетронного напыления, а также регламентированных параметров её функционирования и их технологических характеристик были определены функциональные взаимосвязи параметра рабочего давления газа в вакуумной камере с основными факторами процесса напыления и его качественными характеристиками, которые впоследствии были преобразованы в математические модели для оптимизации и коррекции давления. На основании использования созданного математического аппарата разработан способ параметрической оптимизации давления в ходе процесса напыления, практическая реализация которого привела к повышению производительности установки для напыления покрытий без ущерба их качеству.

Согласно вышесказанному, результаты выполненной работы могут быть квалифицированы как технологические мероприятия по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих ЗО-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента (рис. 9)._

Вокуумная установка магнетронного напыления

Технические характеристики /„, ил,1ь,иь,р,дАг,Ск,тл, т»

Качественные услаЬия £?Лко||'бятм' £?|ВО> вчг> Яци' 2чп

<2т. <2,т> вт0, ОС

ИсслеЭа&ание функциональных &зшмос6язей ЗаЬления газа

Формирование математического аппарата Зля оптимизации Эойления газа

íw • (ч, • si+^ • QL+• al)+-

+ г ■О2 +е ■О2

Разработка способа параметрической оптимизации ЗаЬления газа

рк =Q

Jr ОПТ

•Н-

Результаты практической реализации параметрической оптимизации ЗаЬления газа

1. Повышение производительности установки магнетронного напыления на 23...29 %.

2. Обеспечение стабильности качественных характеристик получаемых покрытий.

Рис. 9. Технологические мероприятия по повышению эффективности процесса магнетронного напыления ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. На основании выполненного анализа математического описания и практической специфики ионно-плазменного магнетронного метода синтеза упрочняющих покрытий установлено, что наиболее рациональным способом повышения эффективности процесса магнетронного напыления является пара-

метрическая оптимизация давления газа по симплексу скорости осаждения покрытия, предусматривающая учёт влияния на процесс случайных изменений технологических параметров и факторов, определяющих качество плазмы.

2. Математическое описание механизма взаимосвязи величины рабочего давления и качества плазмы (наличия газовых примесей) в процессе магне-тронного напыления, выраженное в виде математической модели комплексного показателя качественного состава плазменной среды, позволяет реализовать количественный учёт качественных характеристик процесса нанесения покрытия. Данный показатель, отражающий полноту соответствия комплекса качественных характеристик процесса напыления эталонному комплексу условий, является корректором величины давления газа в камере лабораторной установки ионно-плазменного магнетронного напыления.

3. Полученная теоретико-экспериментальная зависимость скорости осаждения покрытия от физических параметров процесса напыления для установки «ЦтсоМ 400» позволяет рассчитать оптимальные значения давления газа, соответствующие максимальной скорости осаждения покрытия.

4. Параметрическая оптимизация давления газа в вакуумной камере установки магнетронного напыления по симплексу скорости осаждения покрытия с учётом конкретных условий выявила необходимость увеличения давления газа при снижении разрядного тока с целью достижения максимально возможной скорости осаждения.

5. Практическая реализация мероприятий по оптимизации давления газа в процессе магнетронного напыления показывает сокращение затрат времени на осуществление технологического цикла напыления покрытия при стабильности качества получаемых покрытий. Для рассматриваемых условий сокращение продолжительности технологического цикла составило 23...29 %, при этом относительный экономический эффект от внедрения оптимизационных мероприятий составил 25 %.

' 6. Внедрение результатов, исследования на производстве подтвердило рациональность оптимизации давления в технологических процессах нанесения покрытий при упрочнении металлорежущего инструмента, используемого на современных отечественных машиностроительных предприятиях.

7. Подготовленный программный модуль обеспечивает автоматизированное получение и использование оптимизационных моделей в различных условиях реализации процессов ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий.

8. Разработанные технологические мероприятия по повышению эффективности магнетронного напыления упрочняющих ЗО-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента дают возможность в производственных условиях повысить производительность магнеггронных установок за счёт регулирования давления газа в камере.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах (издания входят в перечень ВАК).

1. Дружков, С. С. Модернизация магнегронной установки для синтеза наноструктурированных покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева. -Рыбинск: РГАТА, 2011. -№1 (19). - С. 71 - 75.

Другие публикации по теме диссертации.

1. Дружков, С. С. Применение наноструктурированных покрытий при производстве металлорежущего инструмента, как современный этап его развития [Текст] / С. С. Дружков, А. Е. Сергеев // Сборник трудов пятой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. - Уфа: УГАТУ,

2011.-С. 99-102.

2. Дружков, С. С. Перспективные методы нанесения наноструктурированных покрытий на металлорежущий инструмент [Текст] / А.Е.Сергеев, С. С. Дружков // Сборник трудов пятой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. - Уфа: УГАТУ, 2011. - С. 267 - 270.

3. Дружков, С. С. Влияние технологических параметров и условий осуществления процессов магнетронного распыления на характеристики получаемых наноструктурированных покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. — Рыбинск: РГАТА, 2010. - С. 56 - 61.

4. Дружков, С. С. Модернизация магнетронной установки для синтеза наноструктурированных покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Сб.тр. Всерос. конф. молодых ученых. - М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. - С. 278 - 279.

5. Дружков, С. С. Совершенствование процесса магнетронного напыления наноструктурированных покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Мавлютов-ские чтения: Всероссийская молодёжная научная конференция: сб. тр. в 5 т. Том 2.-Уфа: УГАТУ, 2011.-С. 116-118.

6. Дружков, С. С. Формализация влияния технологических условий осуществления процесса магнетронного напыления наноструктурированных покрытий на формирование давления газа в вакуумной камере [Текст] / С. С. Дружков // Материалы III Всероссийского конкурса молодых учёных. -М.: РАН, 2011. - С. 82 - 90.,

7. Дружков, С. С. Модернизация автоматизированной системы регуляции давления газа в вакуумной камере магнетронной установки для нанесения упрочняющих покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Лучшие инженерно-технические кадры России: сборник статей.-М.:Союзмаш. России, 2011.-С.4-7.

8. Дружков, С. С. Повышение производительности магнетронной установки для напыления упрочняющих 3£>-нанокомпозитных покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Сборник трудов седьмой Всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. Том 2.-Уфа:УГАТУ, 2012.-С. 199-201.

9. Дружков, С. С. Повышение эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Материалы седьмой международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ,

2012.-С. 125-127.

Зав. РИО М. А. Салкова Подписано в печать 28.04.2012. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100. Заказ 104.

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева (РГАТУ имени П. А. Соловьева)

Адрес редакции: 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

Отпечатано в множительной лаборатории РГАТУ имени П. А. Соловьева

152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

Условные обозначения

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1.1 Актуальность применения износостойких наноструктурированных покрытий при производстве металлорежущего инструмента.

1.2 Магнетронный метод нанесения упрочняющих покрытий.

1.3 Проблема количественной оценки качественных характеристик производственных процессов.

1.4 Современные подходы к математическому описанию процессов ионно-плазменного синтеза упрочняющих покрытий.

1.4.1 Генерация разрядов в газах при низком давлении.

1.4.2 Теория подобия газовых разрядов.

1.4.3 Процессы ионно-плазменного напыления.

1.5 Выводы по главе. Постановка цели и задач исследования.

Глава 2. Аналитические исследования рабочего процесса в магнетронных распылительных системах. .'.

2.1 Формализация влияния технологических условий осуществления процесса магнетронного распыления на формирование давления газа в вакуумной камере.

2.2 Вывод аналитической зависимости скорости напыления от давления газа в вакуумной камере.

2.3 Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования рабочего процесса в магнетронных распылительных системах.

3.1 Методика экспериментальных исследований, используемое оборудование и материалы.

3.1.1 Методика исследований.

3.1.2 Используемое оборудование.

3.1.3 Используемые материалы.

3.2 Экспериментальные исследования влияния качественных условий процесса магнетронного напыления на формирование давления газа в вакуумной камере.

3.3 Экспериментальное исследование зависимости определяющих параметров скорости процесса напыления от давления газа в вакуумной камере.

3.3.1 Экспериментальное исследование зависимости коэффициента распыления от давления газа в вакуумной камере.

3.3.2 Экспериментальное исследование зависимости плотности ионного тока от давления газа в вакуумной камере.

3.3.3 Экспериментальное исследование взаимосвязи производительности процесса напыления с величиной давления газа в вакуумной камере.

3.4 Выводы по главе.

Глава 4. Параметрическая оптимизация давления газа в процессе напыления по скорости осаждения покрытия.

4.1 Параметрическая оптимизация давления газа в вакуумной камере по симплексу скорости осаждения покрытия с учётом конкретных условий процесса магнетронного напыления.

4.2 Практическая проверка результативности выполненных оптимизационных мероприятий.

4.3 Формирование программного модуля параметрической оптимизации давления газа в различных условиях реализации процессов ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий.

4.4 Выводы по главе.

Актуальность темы

Эффективность механической обработки во многом определяется характеристиками применяемого металлорежущего инструмента. Непрерывно осуществляются исследования, ориентированные на повышение скорости резания, увеличение прочности и повышение износостойкости инструмента. Эффективным направлением повышения характеристик металлорежущего инструмента является нанесение на его рабочую часть упрочняющих наноструктурированных покрытий, обладающих высокой твердостью, вязкостью, теплостойкостью и низким коэффициентом трения. Эти свойства покрытий предопределяются малым размером кристаллов и большой объёмной долей границ зёрен [1]. Механизм повышения рабочих характеристик заключается в том, что данные материалы имеют сбалансированное отношение между твердостью, определяющей износостойкость, и прочностными характеристиками материала. Таким образом, упрочняющие наноструктурированные покрытия, благодаря комплексу своих свойств, имеют большое значение в современной инструментальной промышленности.

Низкое качество инструментального материала и отсутствие упрочняющего покрытия привело к падению спроса на "отечественный металлорежущий инструмент, поскольку он не способен удовлетворить существующие потребности современного потребителя. Последствием этого стало широкое распространение продукции фирм «Sandvik Coromant», «Mitsubishi», «Kennametal», «ISCAR», «SECO», «Lamina Tecnologies», «Corun», «Guhring», «Hoffmann Group» на отечественных машиностроительных предприятиях. В результате, в нашей стране на инструментальном рынке сложилась неблагоприятная экономическая ситуация, выходом из которой может быть лишь организация собственного производства металлорежущего инструмента, способного составить конкуренцию зарубежной продукции.

Магнетронное напыление, обеспечивающее формирование нанокомпозитной структуры покрытия, обладающей низким коэффициентом трения и обеспечивающей высокоэффективную защиту от износа и коррозии при повышенных температурах, является в настоящее время наиболее перспективным методом нанесения упрочняющих покрытий [2]'.' Несмотря на это, данный метод нанесения покрытий не получает промышленного распространения ввиду низкой скорости напыления, тогда как его внедрение на отечественных предприятиях по выпуску металлорежущего инструмента могло бы коренным образом изменить сложившуюся негативную ситуацию.

В связи с вышесказанным, актуальной научно-технической задачей является поиск способов повышения эффективности процесса магнетронного напыления, что позволит обеспечить распространение данного метода и выпуск конкурентоспособного отечественного металлорежущего инструмента.

Целью работы является разработка технологических мероприятий по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих ЗБ-нанокомпозитных покрытий путём повышения производительности установки ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий по симплексу скорости осаждения покрытия. ?

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ современных подходов к математическому описанию процессов ионно-плазменного синтеза упрочняющих покрытий; *

2. Формализация влияния технологических условий осуществления процесса магнетронного распыления на формирование давления газа в вакуумной камере;

3. Разработка математической модели скорости осаждения покрытия;

4. Выполнение оптимизации параметра давления газа по симплексу скорости осаждения покрытия;

5. Разработка программного модуля параметрической оптимизации давления газа под различные условия реализации процессов ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий;

6. Практическая апробация результатов работы.

Общая методика исследований основана на выполнении теоретических исследований с использованием теории газового разряда и молекулярнокинетической теории, а также проведении экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях с использованием системы автоматизированной обработки экспериментальных данных, при этом применялись методы планирования эксперимента и статистической обработки результатов с использованием программных продуктов MathCÂD и Microsoft Excel.

Достоверность полученных результатов обеспечивается за счёт использования признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, а также корректного применения современных методов обработки экспериментальных данных, реализуемых с помощью программного продукта Microsoft Excel

Научная новизна заключается в разработанном автором способе повышения эффективности процесса магнетронного напыления за счёт параметрической оптимизации давления газа в вакуумной камере магнетронной установки по симплексу скорости осаждения покрытия, который включает в себя возможность компенсации влияния на процесс случайных изменений технологических параметров и факторов, определяющих качество плазмы за счёт регулирования давления газа в вакуумной камере. В том числе:

- разработана модель комплексного показателя качественного состава плазменной среды, реализующая количественный учёт характеристик процесса напыления и тождественно определяющая показатель, используемый для коррекции давления в вакуумной камере магнетронной установки;

- разработана математическая модель по определению скорости осаждения покрытия в зависимости от физических параметров процесса напыления, учитывающая природу среды «газ - распыляемый материал» и особенности вольтамперных характеристик магнетронной системы, в том числе зависимости показателя эффективности напыления, плотности тока и коэффициента распыления от давления газа в вакуумной камере;

- установлены закономерности взаимосвязи между основными параметрами магнетронной системы (разрядным током и напряжением разряда) и давлением газа в вакуумной камере магнетронной установки по покрытию инструмента;

- разработана методика определения оптимального давления газа по симплексу скорости осаждения покрытия.

Практическая ценность работы состоит в разработанной методике оптимизации давления в процессе магнетронного напыления по симплексу скорости осаждения покрытия, использование которой способствует повышению производительности установки. Разработанная программная база, обеспечивающая автоматизированное получение и использование оптимизационных моделей в различных условиях реализации процессов ионно-плазменного магнетронного синтеза упрочняющих покрытий, может быть использована для повышения эффективности процессов упрочнения металлорежущего инструмента, оснастки, деталей и узлов ГТД.

Автор защищает:

- модель комплексного показателя качественного состава плазменной среды, реализующую количественный учёт качественных характеристик процесса покрытия металлорежущего инструмента;

- теоретико-экспериментальную зависимость скорости осаждения покрытия от физических параметров процесса напыления для конкретных условий;

- технологические мероприятия по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих 3£)-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были внедрены на предприятии ОАО «Русская механика». За счёт применения полученных износостойких покрытий при осуществлении операций зубообработки стойкость металлорежущего инструмента была повышена в 1,9.2,0 раза, при этом шероховатость обработанной поверхности (по параметру Яа) была уменьшена в 1,3 раза, экономический эффект (в виде сокращения себестоимости операции напыления упрочняющих 3£>-нанокомпозитных покрытий) от внедрения технологических мероприятий составил 25 %. Кроме того результаты работы были включены в учебный процесс кафедры «Резание материалов. Станки и инструменты имени С. С. Силина», а также использовались при выполнении государственного контракта с ГК «Роснанотех» по созданию программы опережающей профессиональной переподготовки кадров в области разработки и получения наноструктурированных покрытий режущего инструмента. Автор работы является сотрудником малого инновационного предприятия ООО «Пико» открытого в рамках ФЗ-217 РФ.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: «5-й Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых» (Уфа, 2010), организатор -УГАТУ; Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Нанотехнологии в производстве авиационных газотурбинных двигателей летательных аппаратов и энергетических установок» (Рыбинск, 2010), организатор -РГАТА им. П. А. Соловьёва; Всероссийской Конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2011), организатор — МГТУ им. Н. Э. Баумана; Всероссийской молодёжной научной конференции «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2011), организатор - УГАТУ; «Национальной научно-технической конференции» (Москва, 2011), организатор - Союз Машиностроителей России (работа награждена дипломом за второе место); Региональном конкурсе «Молодость - Эрудиция. Стимул - Инновация» (Ярославль,

2011), организатор - Департамент экономического развития Ярославской области; «7-ой Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых» (Уфа,

2012), организатор - УГАТУ; Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2012), организатор - ВоГТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 из них в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка использованных источников из 87 наименований, а также пяти приложений. Общий объем работы 196 страниц, диссертация содержит 47 рисунков, 31 таблицу и 92 формулы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании выполненного анализа математического описания и практической специфики ионно-плазменного магнетронного метода синтеза упрочняющих покрытий установлено, что наиболее рациональным способом повышения эффективности процесса магнетронного напыления является параметрическая оптимизация давления газа по симплексу скорости осаждения покрытия, предусматривающая учёт влияния на процесс случайных изменений технологических параметров и факторов, определяющих качество плазмы.

2. Математическое описание механизма взаимосвязи величины рабочего давления и качества плазмы (наличия газовых примесей) в процессе магнетронного напыления, выраженное в виде математической модели комплексного показателя качественного состава плазменной среды, позволяет реализовать количественный учёт качественных характеристик процесса" нанесения покрытия. Данный показатель, отражающий полноту соответствия комплекса качественных характеристик процесса напыления эталонному комплексу условий, является корректором величины давления газа в камере лабораторной установки ионно-плазменного магнетронного напыления.

3. Полученная теоретико-экспериментальная зависимость скорость осаждения покрытия от физических параметров процесса напыления для установки «итсоШ 400» позволяет рассчитать оптимальные значения давления газа, соответствующие максимальной скорости осаждения покрытия.

4. Параметрическая оптимизация давления газа в вакуумной камере установки магнетронного напыления по симплексу скорости осаждения покрытия с учётом конкретных условий выявила необходимость увеличения давления газа при снижении разрядного тока с целью достижения максимально возможной скорости осаждения.

5. Практическая реализация мероприятий по оптимизации давления газа в процессе магнетронного напыления показывает сокращение затрат времени на осуществление технологического цикла напыления покрытия при стабильности качества получаемых покрытий. Для рассматриваемых условий сокращение продолжительности технологического цикла составило 23.29%, при этом относительный экономический эффект от внедрения оптимизационных мероприятий составил 25 %.

6. Внедрение результатов исследования на производстве подтвердило рациональность оптимизации давления в технологических процессах нанесения покрытий при упрочнении металлорежущего инструмента, используемого на современных отечественных машиностроительных предприятиях.

7. Подготовленный программный модуль обеспечивает автоматизированное получение и использование оптимизационных моделей в различных условиях реализации процессов ионно-плазменного магнетроннош синтеза упрочняющих покрытий.

8. Разработанные технологические мероприятия по повышению эффективности магнетронного напыления упрочняющих ЗЛ-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента дают возможность в производственных условиях повысить производительность магнетронных установок за счёт регулирования давления газа в камере.

1. Полетаев, В. А. Разработка и внедрение наноструктурированных покрытий при изготовлении деталей газотурбинных двигателей Текст. / В. А. Полетаев, Т. Д. Кожина // Инновации. 2007. - №12. - С. 89 - 91.

2. Федотов, А. В. Многофункциональные нанокомпозитные покрытия Текст. / А. В. Федотов, Ю. В. Агабеков, В. С. Мачикин // Наноиндустрия: Научно-технический журнал. М: Техносфера. - 2008. - №1. - С. 24 - 26.

3. Chen, F. Industrial applications of low temperatures plasma physics Text. / F. Chen // Phys. Plasmas. - 1995. - vol. 2. - n. 6. - P. 2164 - 2175.

4. Hultman, L. Nanotechnology Turning Nanoscience into Business Text. / L. Hultman. - 2005. - P. 76 - 88.

5. Арцимович, JI. А. Плазменные ускорители Текст. / Л. А. Арцимович. М.: Машиностроение, 1973. - 282 с.

6. Kirk, J. G. The evolution of a test particle distribution in a strongly magnetized plasma Text. / J. G. Kirk, D. J. Galloway // Phys. Plasmas. 1982. vol. 24. - n. 4 - P. 339 -359.

7. Никитин, M. M. Технология и оборудование вакуумного напыления Текст. / М. М. Никитин. М.: Металлургия, 1992. - 112 с.

8. Vriens, L. Energy balance in low pressure gas discharges Text. / L. Vriens // J. Appl. Phys. - 1973. - vol. 44 - n. 9 - P. 3980 - 3989.

9. Kuwahara, K. Application of the Child Langmuir Law to Magnetron Discharge Plasmas Text. / K. Kuwahara, H. Fujiyama // IEEE Trans. Plasma. Sci. - 1994. -vol. 22.-n.4-P. 442-448.

10. Агабеков, Ю. В. Магнетронное распыление Текст. / Ю. В. Агабеков. -Дзержинск: Элан-Практик, 2010. 130 с.

11. Азгальдов, Г. Г. О квалиметрии Текст. / Г. Г. Азгальдов, Э. П. Райхман. -М.: Издательство стандартов, 1972. 172 с.

12. Теленкевич, В. В. Квалиметрия: история, возможности, методы Текст. / В. В. Теленкевич // Бизнес-образование в условиях глобализации. Материалы науч.-практ. конф. Иркутск: БИБММ ИГУ, 2006. - С. 40 - 44.

13. Варжапетян, А. Г. Квалиметрия Текст. / А. Г. Варжапетян. СПб.: СПбГУАП, 2005. - 176 с.

14. Фомин, В. Н. Квалиметрия. Управление качеством. Сертификация Текст. / В. Н. Фомин. М.: ЭКМОС, 2000. - 320 с.

15. Калейчик, М. М. Квалиметрия Текст. / М. М. Калейчик. М.: МГИУ, 2005.-200 с.

16. Шишкин, И. Ф. Квалиметрия и управление качеством Текст. / И. Ф. Шишкин, В. М. Станякин. М.: ВЗПИ, 1992. - 210 с.

17. Смирнов, В. А. Роль символизации и формализации в научном познании Текст. / В. А. Смирнов // Труды томского государственного университета имени В. В. Куйбышева. Том 149. - 1961. - С. 152 - 164.

18. Хвастунов, Р. М. Экспертные оценки в квалиметрии машиностроения Текст. / Р. М. Хвастунов, О. И. Ягелло. М.: МГУ, 2002. - 142 с.

19. Азгальдов, Г. Г. Количественная оценка качества (Квалиметрия) Текст. / Г. Г. Азгальдов, Л. А. Азгальдова. -М.: Издательство стандартов, 1971. 178 с.

20. Кершенбаум, В. Я. Методы квалиметрии в машиностроении Текст. / В. Я. Кершенбаум, Р. М. Хвастунов. М.: МГУ, 1999. - 213 с.

21. Азгальдов, Г. Г. Теория и практика оценки качества товаров (основы квалиметрии) Текст. / Г. Г. Азгальдов. М.: Экономика, 1982. - 282 с.

22. Осипов, Д. С. Методика квалиметрической оценки и анализа производственных процессов Текст. / Д.'С. Осипов, И. А. Михайловский, И. Г. Гунн // Век качества. 2011. - №3. - С. 36-38.

23. Райзер, Ю. П. Физика газового разряда Текст.: 2-е изд. перераб. и доп. / Ю. П. Райзер. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 536 с.

24. Чен, Ф. Введение в физику плазмы Текст.: Пер. с англ. / Ф. Чен. М.: Мир, 1987.-398 с.

25. Ключарев, А. Н. Введение в физику низкотемпературной плазмы Текст. / А. Н. Ключарев, В. Г. Мишаков, Н. А. Тимофеев. СПб.: СПбГУ, 2008. - 214 с.

26. Кабардин, О. Ф. Физика Текст. / О. Ф. Кабардин. М.: АСТРЕЛЬ, 2005.416 с.

27. Дэшман, С. Научные основы вакуумной техники Текст. / С. Дэшман. -М.: Мир, 1964.-446 с.

28. Королев, Б. И. Основы вакуумной техники Текст. / Б. И. Королев. М.:о

29. Госэнергоиздат., 1957. 400 с.

30. Ланис, В. А. Техника вакуумных испытаний Текст. / В. А. Ланис, Л. Е. Левина. М.: Госэнергоиздат, 1963. - 62 с.

31. Ворончев, Т. А. Физические основы электровакуумной техники Текст. / Т. А. Ворончев, В. Д. Соболев М.: Высшая школа, 1967. - 352 с.

32. Хасс, Г. Физика тонких плёнок Текст. : Том 1 /Г. Хасс. М.: Мир, 1967.383 с.

33. Тагиров, Р. Б. О некоторых параметрах высокого вакуума их роли в физике тонкослойных покрытий Текст. / Р. Б. Тагиров // Вакуумная техника: научно-технический сборник. Вып. 2. - Казань, 1970. - С. 3 - 11

34. ДеБур, Я. Динамический характер адсорбции Текст. / Я. Де Бур. М.: Мир, 1962.-290 с.

35. Данилин, Б. С. Вакуумное нанесение тонких плёнок Текст. / Б. С. Данилин. М.: Энергия, 1967. - 312 с.

36. Востров, Г. А. Вакуумметры Текст. / Г. А. Востров, Л. Н. Розанов Л.: Машиностроение, 1967. - 236 с.

37. Луизова, Л. А. Проблемы и перспективы исследования упорядоченных структур в плазме. НОЦ «Плазма» Текст. / Л. А. Луизова, А. Д. Хахаев -Петрозаводск: ПетрГУ, 2002. 31 с.

38. Кудрявцев, А. А. Положительный столб тлеющего разряда Текст. / А. А. Кудрявцев, В. Г. Мишаков, Т. Л. Ткаченко СПб.: СПбГУ, 2006. - 32 с.

39. Ключарев, А. Н. Процессы ионизации при тепловых и субтепловых1.столкновениях тяжелых частиц в низкотемпературной плазме Текст. /

40. A. Н. Ключарев. СПб.: СПбГУ, 2006. - 87 с.

41. Шайхиев, Г. Ф. О подобии процессов молекулярного переноса в разряженных газах Текст. / Г. Ф. Шайхиев // Вакуумная техника: научно-технический сборник. Вып. 2. - Казань, 1970. - С. 24 - 27.

42. Данилин, Б. С. Энергетическая эффективность процесса ионного распыления материалов и систем для его реализации Текст. / Б. С. Данилин,

43. B. Ю. Киреев, В. К. Сырчин // Физика и химия обработки материалов. 1979. - №2. - С. 52-56.

44. Данилин, Б. С. Ионное травление микроструктур Текст. / Б. С. Данилин,

45. B. Ю. Киреев М.: Советское радио, 1979. - 103 с.

46. Григорьев, Ф. И. Осаждение тонких, пленок из низкотемпературной плазмы и ионных пучков в технологии микроэлектроники Текст. / Ф. И. Григорьев. М.: Моск. гос. ин-т электроники и математики, 2006. - 35 с.

47. Плешивцев, Н. В. Физические проблемы катодного распыления Текст. /Н. В. Плешивцев. М.: ИАЭ им. И. В. Курчатова, 1979. - 90 с.

48. Westwood, W. D. Calculation of Deposition Rates in Diode Sputtered Systems Text. / W. D. Westwood // J. Vac. Sei. Technol. 1978. - Vol. 15. - № 1 - P. 1 - 9.

49. Meyer, K. Thermalization of Sputtered Atoms Text. / K. Meyer, I. K. Shuller,

50. C. M. Falco // J Appl. Phys. 1981. - Vol. 52. - № 9. - P. 5803 - 5805.

51. Mase, H. Direct Measurement of Diffusion Coefficients of Sputtered Atoms in Argon Text. / H. Mase, Т. Tanabe, G. Miyamoto // J. Appl. Phys. 1979. - Vol. 50. -№5.-P. 3684-3686.

52. Ефремов, A. M. Вакуумно-плазменные процессы и технологии Текст. / А. М. Ефремов, В. И. Светцов, В. В. Рыбкин. Иваново: Иван. гос. хим.-технол. унт., 2006.-260 с.

53. Епифанов, Г. И. Физические основы микроэлектроники Текст. / Г. И. Епифанов. М.: Советское радио, 1971. - 376 с.

54. Бериш, Р. Распыление твёрдых тел ионной бомбардировкой Текст.: перевод с англ. /Р. Бериш. М.: Мир, 1984. - 488.с. .

55. Вольпяс, В. А. Технология элементов электронной техники Электронный ресурс. / В. А. Вольпяс, Е. К. Гольман, В. Е. Логинов, (http://old.eltech.ru/kafedrs/ /feteips/ golman/BOOK/)

56. Электронный ресурс: http://dic.academic.ru

57. Киреев, В. Ю. Плазмохимическое и ионно-химическое травление микроструктур Текст. / В. Ю. Киреев, Б. С. Данйлин, В. И. Кузнецов. М.: Радио и связь, 1983. - 128 с.

58. Князев, Б. А. Низкотемпературная плазма и газовый разряд Текст. / Б. А. Князев. Новосибирск: НГТУ, 2000. - 164 с.

59. Андреев, А. А. Влияние давления азота при осаждении сверхтвердых ЛЫ покрытий на их свойства Текст. / А. А. Андреев, В. М. Шулаев // ФИЛ РБЕ, т. 5, 2007. -№3.С. 203-206.

60. Петухов, В. В. Влияние режимов распыления и геометрии распылительной системы на толщину и состав получаемых пленок Текст. / В. В. Петухов,

61. A. А. Гончаров // ФИП РБЕ, т. 3,2005. № 3. - С. 241-244.

62. Хороших, В. М. Влияние давления азота на процесс фокусировки потоков частиц, генерируемых вакуумным дуговым разрядом Текст. / В. М. Хороших, С. А. Леонов, Г. И. Носов // ФИП РБЕ. т. 8, 2010. №2. - С. 150-154.

63. Агабеков, Ю. В. Лабораторная вакуумная установка магнетронного нанесения многофункциональных нанокомпозитных покрытий «ШЛСОАТ 400». Руководство по эксплуатации Текст. / . Ю. В. Агабеков, А. М. Сутырин,

64. B. С. Мачикин. Дзержинск: Элан-Практик, 2010. - 56 с.

65. Агабеков, Ю. В. Инструкции по осуществлению процессов магнетронного распыления Текст. /Ю. В. Агабеков. Дзержинск: Элан-Практик, 2010. - 32 с.

66. Кузьмичёв, А. И. Магнетронные распылительные системы. Книга 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления Текст. / А. И. Кузьмичёв. К.: Аверс, 2008. - 224 с.

67. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий: издание 2-е, переработанное Текст. / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. М.: Наука, 1976. - 279 с.

68. Система для измерения микротвердости с программным обеспечением ТО^-НСи ШЗСНЕКБСОРЕ НМ 2000: Руководство по эксплуатации Текст. -Санкт-Петербург, 2010. 121 с.

69. Микроскоп металлографический инвертированный Метам ЛВ-41: руководство по эксплуатации Текст.- Санкт-Петербург, 2010. 49 с.

70. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов Текст. / А.А.Спиридонов. М.: Машиностроение, 1981.-184 с.

71. Нанивская, В. Г. Теория экономического прогнозирования Текст. / В. Г. Нанивская, И. В. Андронова. Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 98 с.

72. Воздвиженский, В. М. Планирование эксперимента и математическая обработка результатов в литейном производстве Текст. / В. М. Воздвиженский, А. А. Жуков. Ярославль: ЯПИ, 1985. - 88 с.

73. Румшиский, Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента Текст. / Л. 3. Румшиский. -М.: Наука, 1971. 192 с. •

74. Смирнов, Н. В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений Текст. / Н. В. Смирнов, И. В. Дунин-Барковский. -М.: Наука, 1965.-512 с.

75. Венцтель, Е. С. Теория вероятностей и её инженерные приложения Текст. /Е. С. Венцтель, Л. А. Овчаров. М.: Наука,1988. - 480 с.

76. Налимов, В. В. Логические основания планирования эксперимента Текст. /В. В. Налимов, Т. И. Голикова. -М.: Металлургия, 1980. 152 с.

77. Кухлинг, X. Справочник по физике: пер. с нем. 2-е изд. Текст. / X. Кухлинг. М.: Мир, 1985. - 520 с.

78. Никольский, Б. П. Справочник химика, т.1. Текст. / Б. П. Никольский. -М-Л.: Химия, 1982. 1062 с.

79. Майссел,Л. Технология тонких плёнок: справочник. Пер. с англ. Т.2. Текст. / Л. Майссел, Р. Гленг. М.: Сов. радио, 1977 - 768 с.

80. Фролов, Е. С. Вакуумная техника: справочник Текст. / Е. С. Фролов,

81. A. Т. Минайчев. М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.

82. Прохоров, А. М. Физическая энциклопедия Текст. / А. М. Прохоров. -М.: Сов. Энциклопедия., 1988. 704 с.

83. Орлов, К. А. Моделирование и оптимизация химико-технологических процессов Текст. /К. А. Орлов. М.: МЭИ, 2008. - 77 с.

84. Медведева, Т. В. Моделирование и оптимизация технологических процессов Текст. /Т. В. Медведева. -М.: МГУС, 2008. 115 с.

85. Суркова, В. М. Оптимизация технологических процессов Текст. /

86. B. М. Суркова, В. Ф. Булгаков. СПб.: СПГУТД, 2007. - 21 с.

87. Дерканосова, Н. М. Моделирование и оптимизация технологических процессов Текст./ Н. М. Дерканосова, А. А. Журавлев, И. А. Сорокина. Воронеж: ВГТА, 2011.-196 с.

88. Суркова, В. М. Оптимизация технологических процессов в Microsoft Excel Текст. /В. М. Суркова. СПб.: СПГУТД, 2005. - 29 с.

89. Лащенко, Г. И. Плазменное упрочнение и напыление Текст. / Г. И. Лащенко. К.: Екотехнология, 2003. - 67 с.

90. Голант, В. Е. Основы физики плазмы Текст. / В. Е. Голант, А. П. Жилинский, С. А. Сахаров. М.: Атомиздат, 1977. - 384 с.

91. Грановский, В. Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. Текст. /В. Л. Грановский. М.: Наука, 1971. - 544 с.

92. Майссел, Л. Технология тонких плёнок: справочник. Пер. с англ. Т. 1. Текст. / Л. Майссел, Р. Гленг. М.: Сов. радио, 1977 - 664 с.

93. Морозов, А. И. Введение в плазмодинамику Текст. / А. И. Морозов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 576 с.

94. Вольпяс, В. А. Регрессионная модель каскада смещённых атомов при ионном распылении твёрдого тела Текст. / В. А. Вольпяс, П. М. Дымашевский // Журнал технической физики. Том 71. Вып. 11. - Санкт-Петербург, 2001. - С. 1-5.

95. Костржицкий, А. И. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме Текст. / А. И. Костржицкий, В. Ф. Карпов. М.: Машиностроение, 1991. - 176 с.