автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка технологии плазменного напыления эрозионно- и износостойких покрытий повышенной толщины

носковскип ордена /танина, ордепа октябрьской Революции п ордепа Трудового Красного знамени государственный технический университет кн. Н. э. Баумана

на правая рукописи для служебного пользования ЭКЗ, и Ю

соколов Иван Константинович

УДК 621. 793: 621. 791'.621. 702

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛАЗПЕКНОГО НАЯШШПШ ЭРОЗГ ННО- И ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЯ ПОВЫШЕННОЙ толзииы

Специальность 05. ог. 08 - Технология иаииностроетшя

ЛВТОРГ'ЕРАТ дксертации на соискание ученой степени кандидата теяшческнк наук

йосквэ - 1993

x/ } ? / .) (

/ у! '».У.!

Работа выполнена в носковском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственной технической университете им. Н. Э. Баумана

Научный руководитель: кандидат технических наук.

старший научный сотрудник ПУЗРЯКОВ Анатолий Филипович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КУДШОВ Владимир Владимирович кандидат технических наук, додент ВОРОТНИКОВ Вячеслав Иванович

Ведушее предприятие: НИАТ

зашита диссертации состоится

_1993 Г.

на заседании специализированного Совета К053. 1ь. 09 в НГТУ ин. Н.Э. Баумана по адресу: 107005. г. Носква. 2-я Бг. /майская гл.. д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГГ7 им. Н. Э. Баунана.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан

.1993 г.

Ученый секрета»^^^0^'1;^^'-.^ Д.

в«с;^ * ту/ /.1 -

спеяиалиэироваянвро ¿¡г^тцт I »

д. т, и.

Подписано к печат Закдз Н {Ьц

А. В. сгибвев

ГЗ/^-С?.

'V

тирал/400 якэ „,„___нп, Ваунша

ОБПЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Перспективт .1 направлением решения актуальной задачи повышения ресурса работы деталей машин является применение защитных покрытий повышенной толщины.

Приненение эрозионностойких покрытий на внутренних стенках и электродах канеры плазнохинического травления позволяет повысить ресурс работы камеры и повысить качество травления кремневых пластин, используеных при изготовлении интегральных микросхем. При этой покрытия подвергается газовой эрози» и распылению под действием бомбардировки высокоэнергетичных заряженных частиц плазменного разряда, возбуждаеного между электродами реактора. Экономические показатели работы реактора значительно улучшаются при .нанесении эрозионностойких покрытий повышенной толщины из окислов А^Оз и гго1 толщиной I. 5-г, о ни и тугоплавких металлов Но и V - г-3 ни.

Все большее распространение получают плазменные покрытия в ренонтном производстве, при востановлении изношенных деталей гидрокрепи плазменный напыленнем износостойких покрытий из материала пг-19н-01 достигается экономия цветного металла и увеличение ресурса работы гидрокрепи. Покрытия, работайте в условиях больших контактных и срезавших усилий, должны обладать высоким уровнен прочности спепления при толщине 2. 0-2. 5 нн.

Однако напыление покрытий повыаенной толщины сопровождается резким падением их прочности спепления. Покрытия толщиной 0.5-1.0 ни склонны к самопроизвольному отслаиванию, основной причиной этому является возникновение остаточных напряжений в покрытии, возросташих с ростон толщины покрытия. Поэтоиу яв-пяется актуальной задача снижения уровня остаточных напряжений в покрытии при напылении или создания наиболее благоприятного их уровня по отношению к внутренним напряжениям, возникавшим в покрытии при эксплуатации под действием механических и тепловых нагрузок.

Келью работы является разработка технологии плазменного напыления эрозионно- и износостойких покрытий повышенной тол-пины путем регулирования остаточными напряжения!::!. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Установлено, что снижение уровня остаточных напряжений соответствует повышению прочности спепления покрытий при постоянстве среднемассовой температуры напыляемых частиц при регулирован! I расходом напыляемого натериала и скоростью переке-

¡'к-ыш распылителя.

г. разработана численная математическая кудель тепло-ка-lii'iixeimoro состояния системы, покрытие-основа в пластической области, учитывающая нелине.ныи характер распространения тепла а рассматривающая покрытие как пространство с перемеиашейся границей. Недель позволяет определить оптимальные значения t-асаола напыляемого материала, скорости перемещения распылителя. температуры предварительного нагрева основы и интенсив-поста ее охлахдения а процессе напыления, наложения термоупру-гпх напряжений, обеспечивавших минимум остаточгых напряжений в

пжрмтии.

3. Разработан критерия адгезионной прочности покрытий. шивший вид параболической зависимости, и показано, что область допустимых нагрузок испытываемых систеной покрытие-основа без потери работоспособности, ограничена критериями адгези-.. ¡шой и когези иной прочности покрытия и критерием текучести основы.

Практическая ценность работы:

1. разработано устройство определения прочности сдеплевия скрытий при; слохно-напряхенном состоянии (полохительное решении ао заявке >¿4863177). при аре вше ник прочности сцепления покрытия прочности клея, при испытании по клеевой методике, цредлояен образец, обеспечивавший гарантированный отрыв за счет прг ия площади склейки плошади адгезионной связи покрытия с :> i.íjBoh (полохительное решение ао заявке Н4в9в1бб).

г. разработан способ подготовки напыляеиой поверхности нанесением прямоугольных канавок (полохительное решение по заявке №9321571, позволявший повысить прочность сцепления покрытии в 1.5-2 раза по сравнении с подготовкой поверхности на-врсениен рваной резьбы.

3. Разработана методика определения кинематических рехина и напыления на автоматизированном оборудовании равнотолшн-гшк покрытий с равномерным шагом волнистости в зависимости от оатикаиьшлг значений скорости иерекешанин распылителя, шага напыления и í-орны напыляемой поверхности детали.

4. Разработана технология напыления эрозионноетонких по-кг-ишй 1Юй1й.аиной '¡ojiaiuiu из жислов /itOj и zro» толщиной е.о-а. а ни и тугоамвках металлов У u tw - з\ мм. Разработана ыхнплогмя напыления износостойких покипим m материала ПГ-

¡9M-01 с прочность» енниления 50-б*> НЬа. практически равной V.

ее когезионной прочности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на XI Всесоюзном совешании "Теория и пракппо газотернического нанесения покрытий" (Севастополь, 1988), на научно-технической конференции "Пути повышения качества и надежности деталей из порошковых материалов" (Барнаул, 1991) >' па XII Всесоюзной конференции "Теория и практика газотержпес-кого нанесения покрытий" (Дмитров, 1992).

По результатам исследований опубликовано 2 статьи, 10 тезисов, получено 2 авторских свидетельства и одно положи тельное решение ВНИИГПЭ по заявке на изобретение.

Обьен работы, диссертация состоит из введения, шести разделов и основных выводов, изложенных на 140 страницах нашно-писного текста, 92 рисунков, в таблип, списка использованием литературы из 167 наименований и приложений на чо страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ,

введение содержит обоснование актуальности темы диссертационной работы, постановку пели и задач исследования, краткое описание выполненной работы, основные положения, выносимые <п заииту,

В первой разделе проведен анализ факторов, влияюягог на прочностные свойства покрытий при увеличении их толщины. Пока зано, что реальная прочность плазиепныя покрытий меньше теоре тической, основанной па представлении покрытия в виде сплошной упругой среды. Прочность сцепления инеет епе более низкий уровень. С увеличением толшны напыленного покрытия его адгезионная и когеэионная прочность падает. Низкая прочность газо-тернических покрытий связана с слоисто-чешуйчатой структурой и наличиен остаточных напря-гний. Форниртошхся в покрытии при напылении, остаточные напряжения, накладывая с ь на тернопикли-ческую нагрузку, являются причиной отслоения покрытий.

Из анализа влияния на уровень остаточных напряжений различных Факторов устаяовлгчо. что снижение уровня остаточных напряжений соответствует повышению прочности спепдекия покрытий при постоянстве средненассовой температуры нзпшжггг? частил. Режины напыления: ток Jt расход б и состав плазнсобра-зушего газа С. влняшие на средненассовл> температуру част;и; Тч. выбираются исходя из кеобходпностп получения пористо сл.;. соответствующей иаксинону эрозионной стойкости покриггй я?н высокой прочности спепле1шя. Регулирование остаточкши ¡пирк

Внутренний контур с б!

-*з ли -0

в п Внешний /.'/; контур а'л "'А ! v ^.ТЧ Ти

К4] х\\\\\\\\\ч

-Оох"- —'

Рис. 1. Схема процесса плазменного напыления.

хениями возможно режимами: расходом напыляеного материала в и скоростью перемещения распылителя V. а также условиями напыления: нанесением подслоев, предварительным нагревон подложки тн и изменением интенсивности охлаждения ее при напылении Оох, наложением термоупругих напряженна после напыления. Данный подход соотвьгствует предложенному Пузряковым А.Ф. и Косолапо-вым А. н. разделению схемы процесса плазменного напыления на внутренний и внешний контуры (рис. 1). в заключительной части раздела сформулированы основные задачи исследования:

1. Разработать численную натенатическую модель связывающую режимы напыления и условия охлаждения основы с уровнен остаточных напряжений в покрытии.

г. Разработать методику определения прочности сцепления покрытий при сложно-гапряженном состоянии.

3. Разработать критерий адгезионной прочности покрытия.

4. разработать методику выбора режимов напыления и параметров подготовки напыляемой поверхности, обеспечивающих получение покрытий повышенной толщины.

во втором раздел* представлена численная математическая иодель упругопластического состояния системы покрытие-основа при напылении, описываг-шая послойное нанесение покры'ЫЯ, Учитывающая нелинейный характер распространения тепла и возможность протекания пластических деформаций в покрытии.

процесс Формирования покрытия в конкретной точке наиипяе-

Vim

n/.u-,«M rJ„

(1)

ной поверхности представляет собой последовательное наложепие параллельных валиков, сдвинутых друг относительно друга на величину подачи s. Текущая толщина покрытия будет равна сунне валожившихся к данному номенту врекени валиков и части толпшиы валика, накладываемого в данный иоиент

fiM+ TT ыи

i'i S*

где: х, г - декартовые координаты; xj=!C-stX/sl-R*si - отклонение рассматриваемой точки от оси 1-го накладываемого валика; X - абсцисса рассматриваемой точки напыляемой поверхности;

к/5Г /v/к - высота валика; fK - плотность покрытия; ß -коэффициент использования порошка; R - радиус пятна напыления; tm- вреня в течение которого на данный нонент идет нанесение текляего валика; m - число валиков уже наложенных на рассматриваемую точку напыляемой поверхности в данный момент времени; CX/SJ - целая часть положительного числа X/S.

На основании приведенного выражения вычисляется текущая толщина покрытия и строится размерная сетка по пространству и времени tx . t 1, используемая при расчетах теплового и напря-женно-дефорннрованного состояния системы покрытие-основа.

Уравнение теплопроводности будет иметь вид

3Ti(x.i) 3 г, ,-) Ши)

(2)

Начальные условия: п}

i-0 Ti (x.0)~ Т„ (3)

Граничные условия

дх

Ян ^Ч»

Эх У* <*>

(5)

где: } <Зох +<*с(Тс~Тп)

я, (г) = ехр (-кгЧ [1'сШа) и ]

с, Д - теплоемкость и теплопроводность; Тн - начальная температура основы; { - объемная плотность внутренних ксточнгасоа тепла; I, -теплота плавления гишляеного порошка; Оох -тепловой поток, отводимый от подложки при охлаждении; , 7$ - коэ<иици-

5

ент теплоотдачи и температура разогретого газового потока; ¿с .

Те - коэффициент теплоотдачи и тенпература окружающей среды с тыльной стороны подложки; I - индекс чередования материалов многослойной основы; 6 - интегральная полусферическая излуча-тельная способность натеркапа покрытия; - сброс тепла с нагреваемой поверхности за счет собственного излучения.

Сформулированная нелинейная задача решалась численным методой конечных разностей. Дифференциальные соотношения (2)-(3> апроксимировались системой алгебраических уравнений. Для построения конечно-разностных соотношений гтпользовали метод элементарных тепловых балансов (интегроинтерполядионный ие-тод). для апроксинааии производной температуры по времени использовали чисто неявн. о схему, позволяющую исследовать тепловое поле пространства с перемещающейся границей и безусловно устойчивую при любом соотношении шагов по времени и пространству.

задача определения остаточных напряжений, возникавши в покрытии в процессе его Формирования, относится к задачам тер-иопластичностн, решение которых предпочтительно осуществлять с помощью теории течения, дифференциальная Фориа уравнений которой позволяем белее полно отразить историю .еплового нагруже-ння. Решение задачи проводим на основе теории течения, основу которой составляют уравнения Прандтля-Рейса плоско-напряженного состояния в изотропном материале для случая изотропного теплового расширения _р

л, = {м-^ъ) + 4- + лтЫг

+

при условии текучести ниэеса

=о ; (Т)

где: - нормальные и касательные напряжения; ё , V* -

линейные 1. угловые дефириадш*' е, - подули упругости Гига и Пуассона; «/ - КТР; У - мгновенный предел текучести.

для решения паяной упруго-пластической зядачи использовали итерационный метод начальны* направит*, в которой пгтрн

последовательных приближений на основе решения упругих задач удовлетворяется условие равновесия те-1 под действием силовой нагрузки. Упругая задача решается нетодом конечных элементов ИКЭ на основе метода перемещений с использованием треугольных зленентов. Апроксинадия перенешений по элененту - линейная.

Проведенные расчеты показывают, что при изменении расхода напыляеного материала от О. 1 до 1. О г/с и скорости перенешения распылителя от 10 до 350 ин/с остаточные напряжения в покрытиях из вольфрама. А140л и ПГ-1И-01 на стали изменяют свой з^ак и иогут быть как сжимающими так и растягивающими, в покрытиях из А1|03 на алюминиевом сплаве Формируются лишь остаточные напряжения сжатия. Варьирование режимами позволяет снизить уровень остаточных напряжения при достижении минимуна в 3-5 раз.

В третьей разделе рассмотрены способы испытания прочности спепления покрытия на отрыв, сдвиг и при слохно-наш>яхеннон состоянии. Показано, что ори испытании прочности.спепления на отрыв по клеевой методике па цилиндрических образцах прочность сцепления покрытия, из-за влияния краевого эффекта, зависит от диаметра образна. Инициальное значение прочности спепления инеется при диаметре образца 10 ми. При уменьшении диаметра прочность сцепления возростает. одиако при этом возростает и разброс ее значений, при дианетрах образцов больше ю мн прочность спеплешш увеличивается, а разброс значений уменьшается.

Из анализа напряженного состояния покрытия при испытании на сдвиг показано, что опенку прочности сцепления необходимо проводить с гчетон коэффициента концентрации напряжений:

$ес!(и-еие)

К£~ ¿кЕ(Лп~])я)(1-ё1к*) «»

где: в - иодуль упругости второго рода: С - ширина слоя покрытия: - диаметр цилиндрического образца; 27« - диаметр наружной поверхности покрытия на образце: Яш - диаметр итанпа; 6 -зазор между штампом и образцом: к = гс/ЬЕ(дп-дш).

в результате истинное значение прочности спепления покрытия при сдвиге будет равно произведению средних значений прочности сцепления покрытия при сдвиг-;- на коэффициент концентрации напряжений

ИСсГ (91

где: Р - разрущзкгее усилие.

Так ! зк при любых условиях к > 1, значения прочности

сцепления, вычисленные по зависимости (9), будут выше среднего значения прочности сцепления при испытании К1 сдвиг.

Коэффициент концентрации позволяет получить истинное значение прочности сцепления при сдвиге, сравнить данные испытаний на образцах с различной шириной слоя покрытия, устранить погрешность испытаний, "вязанную с наличием зазора иехду образцом и матрицей.

Известные способы определения прочности сцепления в основном сводятся к испытанию покрытия на отрыв или сдвиг. Однако прочность сцепления покрытия при нормальном нагружешш или нагрухении на сдвиг заметно отличается от прочности сцепления покрытия при одновременном приложении нормальных усилий и усилия сдвига, что х<. актерно для условий нагружения покрытий при работе в реальных условиях. Разработано устройство, позволяющее испытывать прочность сцепления покрытий при слож-нонапряхенно- состоянии (полохительное решение по заявке Н4883177). в случае превышения прочности сцепления по! .даия прочности клея, ьри испытании по клеевой методике, предложен образец, обеспечивающий гарантированный отрыв покрытия за счет создания площади склейки, превышающей площадь адгезионной связи покрытия с основой (положительное ренэние по заявке 84698166).

В четвертом разделе приведены результаты расчетных и экспериментальных исследований, которые содержали экспериментальную проверку достоверности разработанной математической модели напряженного состояния системы покрытие-основа при напылении и корелядию между уровнен остаточных напряжений и прочностью спепления покрытий, проверка математической модели на адекватность проводилась на образцах из стали 45 с покрытиями ПГ-19И-01. сравнение экспериментальных и расчетных значения распределения остаточных напряжений в покрытии выявило их расхождение, не превышающее гох.

проведенные экспериментальные исследования прочности сцепления и расчеты остаточных напряжений показали, что при увеличении интенсивности охлаждения подложки в процессе напыления уровень остаточних напряжений в покрытии снижается, что ведет к псаышению прочности спепления. Применение интенсивного охлаждения напыляемой поверхности, аутен разбрызгивания воды, способствует повышению;прочности спепления покрытий по сравнению с оклахдением струей сжатого воздуяз на го-зох,

При использовании предварительного нагрева подложки, увеличение начальной температуры особы приводит в обшен случае к повышению остаточных напряжений. Предварительный нагрев стальной основы до температуры зго°с повышает прочность спепления покрытия ПГ-19И-01 в 1.5-2 раза, повшпение прочности спепления объясняется увеличением адгезионных связей покрытия с основой.

Остаточные напряжения наиболее опасны на границе раздела покрытия и основы и по величине не иогут превосходить наименьшего из пределов текучести осноен и покрытия, согласно термо-неханическому способу уменьшения остаточных напряжении, на эта напряжения можно наложить упругие температурные напряжения, которир при взаимодействии с имевшимися в покрытии и основе остаточными напряжениями приводят к пластической деформации. После снятия поля температурных напряжений образуется новое поле остаточных напряжений с неньшим уровнен на границе покрытия и основы. При наложешш термоупругих напряжений на систему покрытие-основа получены покрытия из У на алюминиевом сплаве д-1б без подслоя толщиной более 5 мм, в 3 раза большей толшпш, чем по традиционной технологии.

Расчета показывают, что использование подслоев с промежуточными значениями теплоФизических характеристик по отношение к характеристикам материалов покрытия и основы приводит к снижению уровня остаточных напряженг-й. При этом наблюдается оптимальная толщина подслоя обеспечивающая минимум остаточных напряжений в покрытии.

В пятом разделе экспериментально исследована прочность спепления при сложно-напряженном состоянии и определена область допустимых нагрузок, испытываемых систеной покрытие-основа без потери работоспособности.

На рис. г представлены экспериментальные данные прочное-ги сцепления покрытий напыленных из материалов А1203 и V. на-гружение образцов осуществляли под разными углами к плоскости, разделяющей покрытие и основу, полученные предельные кривые прочности сцепления покрытий обладают большой наглядностью и информативностью для опенки работоспособности покрытия в условиях сложно-напряженного состояния, однако экспериментальное определение предельной кривой прочности спепления обладает большой трудоемкостью, поэтону нани осуществлена разработка критерия прочности покрытия, имеющего вил параболической зависимости, для построения которого используются значения испыта-

(Г. нпз 60°

А .зо'

рис. г. зависимость прочности - сцепления покрытия от угла на-грухенкя при подготовке напыляемой поверхности абрази-воструйноп обработкой: I - V на стали, толщина покры-

тия ь= I. о ни: 3-0.4 ми.

г - А1е оэ на алюминиевом сплаве д-1б.

вий прочности сцепления на отрыв и сдвиг:

^ = (10) в пределах ошибки эксперимента данный критерий описывает экспериментальные данные прочности сцепления при слохно-напряхен-ном состоят-. i покрытий из и V на стали и алюминии, пг-

19Н-01 на стали и латуни.

особенностью когезиоыой прочности покрытий является различные значения пределов прочности при растяжении и сжатии, что связано с слоисто-чатуйчатым строением покрытия и наличием остаточных напряжений в покрытии, для таких материалов в качестве критерия прочности иохяо принять критерий п.п.Баландина: . . ,

Если в основе возникают необратимые пластические деформации работоспособность детали с нанесенным покрытиен мохет быть исчерпанной из-за изменения форны или номинальные размеров. в качестве критерия текучести таких материалов как латунь, алю-мнннй. сталь используется критерия текучести Низеса. который в координатах <Г-Г примет вид:

Все три предельные кривые, построенные по (Ю). (Ш и

(з. та

(и 3 X

а Е

си 3

Е а

В

во о -во 180 240

3

Г""40 \ , 0 С, вир

■V» х1

Ч -г

Рис. 3. Критерии прочности системы покрытие-основа: 1 - м-лте -рий адгезионной прочности; а - критерий когезионнои прочности; 3 - критерий текучести материала основы; и - точка, соответствующая наксиналышм нагрузкам, испытываемым покрытием в процессе эксплуатации.

(13) для покрытия из материала ПГ-19Н-01 на латуни, показаны на рис. 3. Для деталей с покрытиями область допустимых агру-зок ограничена критериями адгезионной и когезионной прочности покрытий и критерием текучести материала детали.

В шестой разделе представлена методика выбора параметров подготовки поверхности, режимов напыления и технологии напыления покрытий повышенной толщины. Показано, что прочность сцепления покрытий существенно зависит от способа подготовки поверхности. известные способы подготовки поверхности нанесением рваной резьбы, косой накгтки. канавок типа "ласточкин хвост" Формируют поверхность со скошенными поверхностями, на которых возникает концентрация напряжений при нагр гении покрытия сре-заюпшии усилиями, что приводит к разрушению покрытия с относительно низкими усилиями разрушения, предложен способ подготовки поверхности ианениен пряноуголышх канавок, который не приводит к образованию концентрации напряжений. Размеры канавок и растояния между ними выбираются из условия равнопрочности выступов покрытия и основы:

=<§£"« (131

где: а - расстояние между канавками; в - пирина канавки; -предел прочности на сдриг материала покрытия; - предел

прочности на сдвиг восстанавливаемой детали, глубина канавок определяется из соотношения ¿En ^ р &

yjieï ~ 1 " Ja£, <i«i

r se: U - глубина канавки; 6,' - предел прочности на разрыв материала покрытая; - предел прочности на сжатие материала

покрытия.

прочность сцепления на сдвиг покрытия из материала ПГ-19Н -01 с латунью л-бз при подготовке напыляеной поверхности по предложенному способу по сравнению с подготовкой поверхности нанесением рваной резьбы больше в 1. 5-2 раза и составила 5065 НПа, что практически равно когезионной прочности покрытая.

разработана инженерная методика выбора режимов напыления, обеспечивающих минимум остаточных напряжений в покрытии. Поиск режимов обеспечивается двумерной минимизацией: кетодои градиентного наискорейшего спуска, на каждом шаге которого осуществляется одномерная минимизация методой золотого сечения.

для проверки эффективности применения методики выбора ре-ишов было проведено напыление Alt03 на оптимальных режимах с подслоен из Hier и проведено сравнение прочности сцепления с покрытиями напыленными по традиционной технологии, представленное на рис. 4. Анализ рисунка показывает, что оптимизация режимов нак'чения: расхода напыляеного порошка и скорости перемещения распылителя, позволила получить покрытие из Alto} иа стали толщиной более чем р два раза превосходящую толщины, полученные по традиционной технологии.

При практическом использовании полученных из оптимиза-ботр, НПа

о 1.0 г. о h, ми

рис. 4. зависимость прочности сцепления покрытия из AltOj на стали от толщины покрытия: 1 - без подслоя. 2-е подслоен из Hier, з-с подслоем из Hier на оптимальных режимах.

иионной задачи оитимальних значений скорости аьренеьёиид рлс пьшителя и шага напыления решена'задача их обеспечении при на пилении деталей типа тел вращения сложной Формы на автоматизированном оборудовании, из условия получения равнзюшшшного сокрытия с заданным шагом напыления получены зависимости, связывавшие кинематические режимы аапылепия: скорость вращения детали и скорости перемещения расишштеля по координатам стан ка, с геометрией напыляемой поверхности детали и ' ощиыалшшы значениями скорости перемещения распылителя и шага напыления, которые были использованы при разработке программ управления процессом плазменного напыления на автоматизированном оборудовании.

На основании проведенных исследований разработаны техно логин нанесения эрозионностойких покрытий повышенной толщины на детали реактора плазмохимического оборудования из керамики AltOj и ZrOt толщиной 2-2. 5 мн и тугоплавких металлов v и Но толшинон 3-4 ми. а также технология восстановления лагунных поясков грундбукс и штоков гндрокрепей напылением износостойкого покрытия ПГ-19Н-01 повышенной прочности сцепления, позволившая значительно сократить расход пветпого металла и снизить коэффициент трения трущихся деталей.

Технологический процесс напыления защитных покритий внедрен в Зеленоградском НИИ точного машиностроения, что позволило увеличить срок службы деталей реактора в два раза. Технологический процесс восстановления грундбукс и штоков напылением износостойких покрытий внедрен на производственном объединении "Луганскуглеремонт", позволивший увеличить ресурс работы гидрокрепи в 1.5-2 раза, ожидаемый суммарный годовой экономический эффект от внедрения разработок на двух предприятиях за пчет увеличения ресурса работы деталей с покрытиями составляет 'о тыс. рублей (в пенах 1991 г. ) ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что снижение уровня остаточных напряжений Соответствует повышенно прочности спепления покрытия при постоянстве среднемассовой температуры частиц в процессе нзпыле-«мя и достигается п^и регулировании расходом напыляемого нате-гиала и скоростью переметения распылителя,

г. Разработана численная математическая модель yupyro пластического, сос тояния системы покрытие-основа при (шшленин, позволиршая >сга!«внть, что при изменении расхода нэшиыоиор

г

«•пернача " скорости пег?иевтения распылителя остаточные напряжения п покхитиях иэиеняют свор знак и могут быть как сжимаю-тгаш так и растягивашшш- Варьирование рехинами позволяет гтпить уровень остаточных напряжений при достижении минимума

г Я г-чз.

нч оспг>ло матрнатичегкой нодели создана инженерная не-пвда выбора оптимальных режимов и паранетров напыления, позволившая поллзть гарантированны? покрытия толщиной в 2-3 раза оолилев, чем но ггалипионной технологии.

з из анализа напряженного состояния покрытия при испытания!! на отгыв и сдвиг показано, что опенку прочности сцепления несбхолицо проводить с учетом коэффициента концентрации напряжения- Газгаботано устройство, позволяющее испытывать прочность спеппения покрытий при сложнонапряженном состоянии (Заявка Н1еям?Т1. в случае превышения прочности спепления покрытия прочности клея, при испытании по клеевой методике, предложен пг.газеч. обеснечиваший гарантированный отрыв покрытия за счет создания плошали склейки, превышающей плошадь адгезионной связи покрытия с основой (Заявка Н489в1бб).

4. Установлено, что применение интенсивного охлаждения папыляеной поверхности способствует повышению прочности сцепления покрытий на го-зол. Предварительный нагрев стальной основы повышает прочность спепления покрытий в 1.5-г раза. при наложении термоупругих напряжений на систему покрытие-основа получены покрытия из V на алюминиевом сплаве д-16 без подслоя толщиной в 3 раза большей, чем но традиционной технологии.

5. Разработан критерий прочности спепления покрытий, ине-гшнй вид параболической зависимости. Показано, что область допустимых нагрузок испытываемых систеной покрытие-основа без потери работоспособности, ограничена критериями адгезионной и когеэионной прочности покрытия и критерием текучести основы.

6. Разработан способ подготовки поверхности нанесением прямоугольных канавок с соотношениями размеров, соответствую-иих условий равнопрочное™ выступов покрытия и основы (Заявка Н193Е15Т). позволивший повысить прочность сцепления на сдвиг покрытий по сравнению с подготовкой поверхности нанесением рваной резьбы в 1. 5-2 Раза.

Т. Получены зависимости, связывающие кинематические режимы папшения: скорость врэшения детали к скорости перемещения распылителя пс осям т и г. с геометрией напыляемой поверхности 1 /.

детали и оптимальными значениями скорости и^смешыиш к-астши теля н шага напыления, которы* были использованы при рлзрз ботке программ управления процессом плазменного напыления ил автоматизированном оборудовании.

8. На основе проведенных исследований разработана геьи. логия нанесения зрозионностойких покрытий повиданной юяшши на детали реактора ппазмохимического оборудования из керамики Аьоз и ггО; толщиной 2-2. 5 мм и -тугоплавки*! металлов V и Но толщиной 3-4 мн. что позволило увеличить их срок службы а два раза. Технологический процесс напыления зашашя покрытий внедрен в Зеленоградском НИИ точного машиностроения с ожидае нш »-ономичесюш эффектом 30 тис. рублей в год.

9. разработана технология восстановления лагунных поясков грундбукс и штоков гидрокреией напылением износостойки!! иокрц-тий повышенной прочности сцепления, позволившая значительно сократить расход цветного металла и увеличить ресурс работы гидрокрепи в 1. 5 раза, технологический процесс восстановления грундбукс напылением износостойких покрытий внедрен на цроиз водственнои объединении •Луганскуглеремонт* с ожидаемым экономическим эффектов 40 тыс. рублей в год (в ценах 1991 г. 1

Основное содержание диссертации опубликовано в расотах:

1. Соколов й. К. Формообразование покрытия // Теория и Практика газотермического нанесения покрытий: Тез. докл. К1 Всесоюзной конференции.-Дмитров, 1989. -Том 1. -С. 55-60.

2. Соколов И. К. Кинематические закономерности при напылении деталей типа тел вращения// Теория и практика газотермического нанесения покрытий: Тез. докл. XI Всесоюзной конференции. - дмитров, 1989. - Тон 1. - С. 60-65.

3. Зурабов В. Н. соколов И. К. К моделированию процесса плазменного нанесения покрытий// Теория и практика гаэотерии-ческого нанесения покрытий: Тез. докл. ХП Всесоюзной конференции. - Дмитров, 1989.- том 2. ч. г. - с. гв-зо.

4. гибкая автоматизированная линия для нанесения плазменных покрытий. /А. пузряков. И. В. Захаров, е. к. ¿окопов и др. // Теория и практика газотермического нанесения покрыгий: тез. докя. XI .Всесоюзной конференции. - Дмитров. 1999. - Тем 1. -С. 141-145.

5 Соколов И. 5.. Сеяезенев В. А . Зурабов В И Численный расчет теплового поля покрытия при напылении. // Пути повыае-ния качества и надежности деталей из иороаковых материалов

!'

т-:з. локл нэгчно-тс ¡нической конференции. -Рубцовск. 1991. -

г.. 89.

6- численный расчет остаточных напряжений покрытий. / И. К. Соколов. С. В. пветков, В. Н. Зурабов, В. А. селезенев // Пути обвинения качества и надежности деталей из порошковых материалов: тел. докл. научно-технической конференции, - Рубцовск, 1??1. - с. ее.

Г. соколов п.к., пветков с.в., пузряков А. Ф. влияние геометрических параметров образна с покрытием на величину прочности сиепления при сдвиге. // теория и практика газотериичес-ксго нанесения покрытий: тез. докл. XII Всесоюзной конФерен-апи, - Дмитров. 1992. - Том 1. - С. 235-238.

соколов и. к.. Зурабов в, н. влияние состава плаэмо-о';таэугтаэго газа на коэффициент Формообразования покрытий // Теория и практика газотернического нанесения покрытий: Тез. сокл. XII всесоюзной конференции. - Дмитров, .1992.- Тон I. -с. 39-40.

9. Соколов и. К.. Пузряков А. ф. Сьем материала основы при абьаэиво-струйной обработке// Теория и практика газотернического нанесения покрытий: Тез. докл. XII Всесоюзной конференции. - Дмитров. 1992. - Том 1. -.С. 13-14.

ю. воздушное напыление износостойких покрытий. / и. к. соколов, А, Ф. пузряков. в. п. Зурабов, а. в. Воробьев // теория и практика геотермического нанесения покрытий: Тез. докл. XII всесоюзной конференции. - Дмитров, 1992. - том 1, - с, 241-244.

11. соколов й.к., ЕРемичев А.Н- Влияние способа подготовки напыляемой поверхности на прочность сцепления газотермического покрытия//Порошковая металлургия. -1993, -Я 2. -С. 26-30.

12. соколов и. определение прочности сцепления покрытия при сложно-напряженном состоянии. //Заводская лаборатория. -1993.-Н 2.-С. 69-70.

13. Положительное решение на заявку Но 4883177 / и. к. соколов, в. н.эурабов. устройство для определения прочности спепления покрытий с подложкой, - Принято 26. 09. 90.

14. А.с. н 1Т79963 (СССР). Образец для определения прочности сцепления покрытия с подложкой. / И. К. Соколов, В. Н. Зурабов. // Опубл. в Б. И. -1992. -Я 45. -НКИ С 01 Н 19/04.

15. А.с. н 17809Т4 (СССР), способ восстановления изношенных поверхностей деталей. / и. К. Соколов, В.Н.Зурабов, А.н.ере-ничев. // ОПУбЛ. В Б. И. -1992. -Н 46. -НКИ В 23 Р 6/00