ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 621.002.56

Технічна механіка, 2019, 2, 102- 113

МАГНЕТРОННЕ ФОРМУВАННЯ Й ЗАСТОСУВАННЯ ІНТЕНСИВНИХ ПОТОКІВ ГАЗОМЕТАЛЕВОЇ ПЛАЗМИ

Гришкевич О. Д., Гринюк С. І.

Гришкевич О. Д.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Гринюк С. І.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

      В роботі стверджується, що поверхневе зміцнення конструкційного матеріалу деталей машин фізичним впливом на оброблювану поверхню концентрованими потоками енергії є найбільш універсальним і ефективним способом досягнення максимальних функціональних і експлуатаційних показників. Розглядаються технології поверхневої обробки, що базуються на використанні енергетичного потоку газометалевої плазми, який генерується аномальним тліючим розрядом із замкненим дрейфом електронів. Газометалева плазма використовується для модифікації поверхневого робочого шару металу, а також для нанесення наноструктурного функціонального покриття. Для генерації газометалевої плазми в роботі використовується планарна магнетронна розпилювальна система незбалансованого типу, що працює в режимі частотної модуляції струму магнетронного розряду.
      Метою роботи є розробка плазмового технологічного пристрою з потужнострумовим імпульсним магнетронним розрядом (ПІМР) для генерації енергетичного потоку газометалевої плазми. Плазмовий технологічний пристрій призначено для комплексної зміцнюючої обробки робочих поверхонь пар тертя. Зміцнення досягається поверхневою модифікацією конструкційного матеріалу високо інтенсивним низькоенергетичним іонним азотуванням з подальшим нанесенням наноструктурного функціонального покриття. Експериментально підтверджено, що ПІМР придатний до генерації потоку енергетичної газометалевої плазми, що забезпечує якісне зміцнення поверхні конструкційного матеріалу. Плазмовий технологічний пристрій призначено для виконання всіх технологічних переходів іонно-плазмової обробки в єдиному вакуумному циклі.
      В роботі досліджено просторові характеристики потоку газометалевої плазми. Показано, що розроблений плазмовий пристрій ефективний для локальної обробки робочих поверхонь пар тертя трубчастого типу. Досліджено локальні параметри плазми ПІМР в області оброблюваної поверхні. Отримано зразки з комбінованим зміцненням, що включає попереднє плазмово-пучкове азотування і фінішне нанесення функціонального наноструктурного покриття. Показано, що обробка поверхні в режимі ПІМР забезпечує отримання робочих характеристик, що перевищують функціональні і експлуатаційні характеристики, які отримуються при роботі технологічного плазмового пристрою в режимі стаціонарного магнетронного розряду.
     

іонно-плазмова технологія, високоінтенсивна низькоенергетична іонна імплантація, потужнострумовий імпульсний магнетронний розряд, планарна магнетронна розпилювальна система, циліндрична магнетронна розпилювальна система, імпульсне джерело живлення розряду

1. Степанова Т. Ю. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин. Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2009. 64 с.

2. Сулима В. А., Шулов В. А., Яrодкин Ю. Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

3. Новиков Н. В., Бидный А. А., Ляшенко Б. А. и др. Методы упрочнения поверхности машиностроительных деталей. Киев: Ин-т сверхтвердых материалов, 1989. С. 64–65.

4. Свадковский И. В. Направления развития магнетронных распылительных систем. Доклады БГУИР. 2007. № 2(18). С. 112–121.

5. Панин В. Е., Сергеев В. П., Панин А. В. Наноструктурирование поверхностных слоев конструкционных материалов и нанесение наноструктурных покрытий. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. 254 с.

6. Кадыржанов К. К. Ионно-лучевая и ионно-плазменная модификация материалов. М.: изд. МГУ, 2005. 640 с.

7. Кузьмичев А. И. Импульсные магнетронные распылительные системы. Сб. трудов Харьковской научной ассамблеи ISTFE-14, Харьков: ННЦ ХФТИ, 2014. С. 221–244.

8. Грановский В. Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 543 с.

9. Мозгрин Д. В., Фетисов И. К., Ходаченко Г. В. Экспериментальное исследование сильноточных форм квазистационарного разряда низкого давления в магнитном поле. Физика плазмы. 1995. Том 21. №5. С. 422–433.

10. Аксенов И. И., Андреев А. А., Белоус В. А. и др. Вакуумная дуга: источники плазмы, осаждение покрытий, поверхностное модифицирование. Киев: Наукова думка, 2012. 727 с.

11. Ehiasarian A. P., Wen J. G., Petrov I.. Interface microstructure engineering by high power impulse magnetron sputtering for the enhancement of adhesion. Journal of Appl. Physics. 101 (2007), 054301.

12 Белый А. В., Кукареко В. А., Лободаева О. В. и др. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. Минск: ФТИ, 1998. 218 с.

13. Musil J., Suna J. The role of energy in formation of sputtered nanocomposite films. Vfter. Scien. Forum. 2005. V. 502. P. 239–260.

14. Бойцов А. Г., Машков Н. В., Смоленцев В. Л. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами. М.: Машиностроение, 1991. 144 с.

15. Сочугов Н. С., Оскирко В. О., Спирин Р. Е. Источник питания для магнетронных распылительных систем. ПТЭ. 2013. № 2. С. 62–68.

16. Патент на корисну модель, 102744 України, МПК С23С 14/00. Незбалансована циліндрична магнетронна розпилююча система / Гришкевич О. Д.; заявник і патентоволодар ІТМ НАНУ і ДКАУ. Заявл. 28.10.2013; опубл. 24.01.2014. Бюл № 1.

17. Гришкевич А. Д., Гринюк С. И., Кучугурный Ю. П. Технологические плазменные устройства на основе разряда с замкнутым дрейфом электронов. Техническая механика. 2013. №4. С 43–57.

18. Рогов А. В, Капустин Ю. В., Мартыненко Ю. В. Факторы, определяющие эффективность магнетронного распыления. Критерии оптимизации. ЖТФ. 2015. Том 85. Вып. 2. С. 126–134.

19. Ершов А. П. Метод электрических зондов Ленгмюра. М.: Физический факультет МГУ. 2007. 26 с.

20. Подгорный И. М. Лекции по диагностике плазмы. М.: Атомиздат. 1968. 220 с.

21. Каган Ю. М., Перель В. И. Зондовые методы исследования плазмы. Успехи Физических Наук. 1963 г. Т. LXXXI. Вып. 3. С. 409–452.

22. Kouznetsov V., Macak K., Schneider J. M., Helmersson U., Petrov I. A novel pulsed magnetron sputter technique utilizing very high target power densities. Surf. Coat. Technol. 1999. V. 122. Iss. 2–3. Pp. 290–293. doi: 10.1016/S0257-8972(99)00292-3

23. Poolcharuansin P., Bowes M, Petty T. J. and J. W. Bradley. Ionized metal ?ux fraction measurements in HiPIMS discharges. Journal of Phys. D: Appl. Phys. (2012). № 45. P. 1–5.

Copyright (©) 2019 Гришкевич О. Д., Гринюк С. І.

Copyright © 2014-2019 Технічна механіка