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, 2020, 2, 108 - 122

УНІВЕРСАЛЬНИЙ ПЛАЗМОВИЙ ПРИСТРІЙ ДЛЯ ІОННО-ПЛАЗМОВОЇ ЗМІЦНЮЮЧОЇ ОБРОБКИ ПОВЕРХОНЬ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2020.02.108

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

      Роботу присвячено розробці апаратурного забезпечення комбінованої іонно-плазмової технології зміцнюючої обробки металевих поверхонь. Стверджується, що оптимальна комбінація іонно-плазмових зміцнюючих технологій повинна включати технологію модифікації механічних властивостей металевої поверхні імплантацією іонів азоту (азотуванням) і технологію нанесення наноструктурного покриття. В якості модельного об’єкта для відпрацювання зміцнюючої обробки розглядалась деталь типу «вал». Технологією азотування обрано іонно-променеву технологію високоінтенсивної низькоенергетичної імплантації іонів азоту. Зазвичай імплантація реалізується з використанням іонного джерела (прискорювача) з анодним шаром – (ПАШ). Для нанесення наноструктурного покриття було обрано іонно-плазмову технологію з використанням магнетронної розпорошуючої системи (МРС) незбалансованого типу з потужнострумовим імпульсним магнетронним розрядом (ПСІМР). Вибір було обумовлено тим, що в ПАШ і в МРС використовуються однотипні розряди з замкненим дрейфом електронів, що спрощує забезпечення їх сумісності за вакуумними умовами. Було випробувано інтегровану систему, що включала автономні плазмові пристрої – МРС і ПАШ. Таку компоновку технологічної системи було визнано неоптимальною через її громіздкість. Було досліджено можливість надання МРС функції нанесення покриття і функції генератора колімованого потоку газометалевої плазми. Реалізація такого завдання перетворювала МРС незбалансованого типу з ПСІМР в універсальний плазмовий пристрій для виконання комбінованої обробки. Експериментальні дослідження було спрямовано на підтвердження можливості реалізації комбінації технологічних процесів при використанні одного модернізованого плазмового технологічного пристрою магнетронного типу. Модернізація виконувалась задля створення високого показника незбалансованості магнітного поля в МРС. З цією метою було використано додаткову магнітну систему з зовнішньою магнітною котушкою, яку розташовано поза межами вакуумної камери. Для живлення ПСІМР використовувалось імпульсне низькочастотне (100 Гц) розрядне джерело власної розробки. Виконувались дослідження локальних і просторових характеристик потоку газометалевої плазми в пролітному просторі. Підтверджено широку можливість регулювання кута розльоту потоку плазми для регулювання ступеня локальності обробки поверхні. Локальні характеристики плазми, що були отримані в експериментах, відповідали вимогам для проведення іонно-плазмової зміцнюючої обробки. Ефективність імплантаційної обробки було підтверджено експериментом з азотування експериментального зразка. Отримано задовільні результати.
     

іонно-плазмова технологія, високоінтенсивна низькоэнергетична іонна імплантація, наноструктурне покриття, потужнострумовий імпульсний магнетронний розряд, газометалева плазма, магнетронна розпилююча 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. Бойцов А. Г., Машков Н. В., Смоленцев В. Л. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами. М.: Машиностроение, 1991. 144 с.

4. 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.

5. Кузьмичев А. И. Магнетронные распылительные системы. Кн. 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. Киев: Аверс, 2008. 244 с.

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

7. 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. 2007. 101. 054301. https://doi.org/10.1063/1.2697052

8. Виноградов М. И. Вакуумные процессы и оборудование ионно- и электронно-лучевой технологии. М.: Машиностроение, 1989. 56 с.

9. Гришкевич А. Д., Гринюк С. И. Магнетронное формирование и применение интенсивных потоков газометаллической плазмы. Технічна механіка. 2019. № 2. С. 102–112. https://doi.org/10.15407/itm2019.02.102

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

11. Белый А. В., Кукареко Г. Д., Мышкин Н. К. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоїв. М.: Машиностроение, 1991. 205 с.

12. Гришкевич А. Д., Гринюк С. И. Разработка и исследование макета низкочастотного источника питания сильноточного импульсного магнетронного разряда. Технічна механіка. 2019. № 4. С. 137–147. https://doi.org/10.15407/itm2019.04.137

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

14. Гришкевич А. Д. Цилиндрическая магнетронная распылительная система с ионным ассистированием. Техническая механика. 2013. № 2. С. 109–114.

15. Гришкевич А. Д., Гринюк С. И., Коваленко В. В. и др. Технологмческие плазменные устройства на основе разряда с замкнутым дрейфом электронов. Разработка и применение. Техническая механика. 2013. № 4. С. 43–57.

16. Рогов А. В., Капустин Ю. В., Мартыненко Ю. В. Факторы, определяющие эффективность магнетронного распыления. Критерии оптимизации. ЖТФ. 2015. Т. 85, вып. 2. С. 126–134. https://doi.org/10.1134/S1063784215020206

17. Соловьев А. А., Сочугов Н. С., Оскомов К. В. и др. Исследование характеристик плазмы несбалансированной магнетронной распылительной системы. Физика плазмы. 2009. Т.35, № 5. С. 443–452. https://doi.org/10.1134/S1063780X09050055

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

19. Poolcharuansin P., Bowes M., Petty T. J., Bradley J. W. Ionized metal ?ux fraction measurements in HiPIMS discharges. Journal of Phys. D: Appl. Phys. 2012. 45. P. 1–5. https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/32/322001

20. Белый А. В. и др. Инженерия поверхности конструкционных материалов с использованием плазменных и пучковых технологий. Минск: Беларусская навука, 2017. 457 с.

Copyright (©) 2020 Гришкевич О. Д., Гринюк С. І.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка