ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 621.002.56

Техническая механика, 2019, 2, 102 - 112

МАГНЕТРОННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕНСИВНЫХ ПОТОКОВ ГАЗОМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ

Гришкевич А. Д., Гринюк С. И.

Гришкевич А. Д.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Гринюк С. И.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

      В работе декларируется, что поверхностное упрочнение конструкционного материала деталей машин физическим воздействием на обрабатываемую поверхность концентрированными потоками энергии является наиболее универсальным и эффективным способом достижения максимальных функциональных и эксплуатационных показателей. Рассматриваются технологии поверхностной обработки, которые базируются на использовании высокоэнергетичного потока газометаллической плазмы, который генерируется аномальным тлеющим разрядом с замкнутым дрейфом электронов. Газометаллическая плазма используется для модификации поверхностного рабочего слоя металла, а также для нанесения наноструктурного функционального покрытия. Для генерации газометаллической плазмы в роботе используется планарная магнетронная распылительная система несбалансированного типа, работающая в режиме частотной модуляции разрядного тока магнетрона. Основной целью работы является разработка плазменного технологического устройства с сильноточным импульсным магнетронным разрядом (СИМР) для генерации энергетичного потока газометаллической плазмы. Плазменное технологическое устройство предназначено для комплексной упрочняющей обработки рабочих поверхностей пар трения. Упрочнение достигается поверхностной модификацией конструкционного материала високоинтенсивным низкоэнергетичным ионным азотированием с последующим нанесением наноструктурного функционального покрытия. Экспериментально подтверждено, что СИМР пригоден для генерации потока энергетичной газометаллической плазмы, что обеспечивает качественное упрочнение поверхности конструкционного материала. Плазменное технологическое устройство предназначено для выполнения всех технологических переходов ионно-плазменной обработки в едином вакуумном цикле. В работе исследованы пространственные характеристики потока газометаллической плазмы. Показано, что разработанное плазменное устройство эффективней для локальной обработки рабочих поверхностей пар трения трубчатого типа. Исследованы локальные параметры плазмы СИМР в области обрабатываемой поверхности. Получены образцы с комбинированным упрочнением, включающим предварительное плазменно-пучковое азотирование и финишное нанесение функционального наноструктурного покрытия. Показано, что обработка поверхности в режиме СИМР обеспечивает получение рабочих характеристик, превышающих функциональные и эксплуатационные характеристики, получаемые при роботе магнетронного устройства в режиме стационарного разряда.
     

ионно-плазменная технология, высокоинтенсивная низкоэнергетичная ионная имплантация, сильноточный импульсный магнетронный разряд, планарная магнетронная распылительная система, цилиндрическая магнетронная распылительная система, импульсный источник питания разряда

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 А. Д., Гринюк С. И.

Copyright © 2014-2019 Техническая механика