Андреєв Анатолій Опанасович. Фізико-технологічні основи дуплексного вакуумно-дугового зміцнювання поверхонь : Дис... д-ра наук: 01.04.07 - 2009.
Анотація до роботи:
Андреєв А.О. Фізико-технологічні основи дуплексного вакуумно-дугового зміцнювання поверхонь. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут електрофізики й радіаційних технологій НАН України, Харків, 2009.
Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми – розробці фізико-технологічних основ зміцнювання поверхонь з використанням плазми (металевої, газо-металевої й газової) вакуумно-дугового розряду, що включає їх хіміко-термічну обробку, нанесення надтвердих покриттів з підвищеним опором деформуванню в єдиному технологічному процесі. Запропоновано новий механізм азотування заліза, відповідно до якого цей процес залежить тільки від концентрації атомарного азоту й температури підкладки, тобто азотування має місце при бомбуванні як іонами, так і електронами. Одержані вакуумно-дугові надтверді TіN покриття шляхом використання іонної імплантації в процесі їх осадження, у тому числі при температурі підкладки 100…200С. Вони мають твердість 40…68 ГПа і збільшений опір деформуванню (Н3/Е*2 до 1,364 ГПа) у порівнянні зі звичайними вакуумно-дуговими TіN покриттями (Н3/Е*2 = 0,197…0,27). Одержано і досліджено багатошарові покриття TіN-CrN із твердістю до 60 ГПа. Одержано і досліджено надтверді Tі-Sі-N покриття шляхом вакуумно-дугової ерозії порошкових катодів. Розроблено принципи модернізації існуючих вакуумно-дугових установок і створення нових, що забезпечують дуплексне зміцнювання сталевих виробів.
Створено наукові основи вакуумно-дугового модифікування поверхонь у єдиному технологічному процесі.
Запропоновано, фізично й технологічно обґрунтовано і апробовано на промислових виробах нове вирішення проблеми поверхневого зміцнювання матеріалів – дуплексне вакуумно-дугове зміцнювання поверхні.
Розроблено фізико-технологічні основи нових методів вакуумно-дугового зміцнювання поверхні твердого тіла, що включають її азотування і наступне нанесення надтвердих зносостійких покриттів у єдиному технологічному процесі.
Вперше запропоновано спосіб дуплексного модифікування поверхонь, що включає їх хіміко-термічну обробку в газовому дуговому розряді низького тиску і в послідовному нанесенню вакуумно-дугових покриттів в єдиному технологічному процесі.
Запропоновано новий механізм азотування заліза, відповідно до якого цей процес залежить тільки від концентрації атомарного азоту і температури підкладки, тобто азотування має місце при бомбуванні не тільки іонами, але і електронами. Показано, що швидкість азотування однакова в обох випадках. Бомбування іонами або електронами є тільки зручним інструментом для забезпечення необхідної температури підкладки.
Розроблено процеси азотування сталевих виробів у вакуумно-дуговому двоступеневому розряді низького тиску з електронним бомбуванням. Твердість азотованих шарів становить 11…14 ГПа, шершавість поверхні після азотування з електронним бомбардуванням не змінюється, що забезпечує можливість подальшого нанесення покриттів у тій же вакуумній камері єдиним технологічним процесом.
Вперше одержані і досліджені вакуумно-дугові надтверді керамічні TiN покриття шляхом подачі на підкладку в процесі осадження одночасно постійного негативного потенціалу і високовольтних імпульсів. Ці покриття мають твердість 40…68 ГПа і збільшений у порівнянні зі звичайними вакуумно-дуговими TiN покриттями опір деформуванню (Н3/Е*2 до 1,364 ГПа). Розроблено процеси осадження надтвердих TiN покриттів при температурі підкладки 100…200С, що дає можливість їх нанесення на загартовані конструкційні сталі, а також на алюмінієві і мідні сплави.
Одержано багатошарові покриття TіN-CrN з твердістю до 60 ГПа, зокрема з іонною імплантацією. Встановлено, що ці покриття практично зберігають надвисоку твердість і фазовий склад при відпалі в вакуумі при 1000С. Вони витримують термоудари при гартуванні виробів. ….
Одержано надтверді Tі-Sі-N покриття шляхом вакуумно-дугової ерозії порошкових катодів. Установлено, що катодні плями на цих катодах локалізуються головним чином на Tі-Sі евтектиці, що утворюється на поверхні катоду в процесі його ерозії. Досліджено особливості ерозії порошкових катодів, шляхи зниження кількості макрочастинок в покриттях Tі-Sі-N.
Створено оригінальну фізичну електронно-магнітну модель катодної плями, відповідно до якої головну роль у її поводженні на поверхні катода відіграють автоелектронна емісія і пружний тиск пари на окремих його ділянках. За допомогою цієї моделі можна пояснити ряд властивостей і особливостей поводження катодної плями на таких складних багатофазних поверхнях, як катоди, одержані шляхом спікання порошків титану і кремнію.
Показано, що зміцнювання поверхонь різальних інструментів, яке включає їх азотування і наступне нанесення надтвердого покриття в єдиному технологічному процесі, істотно збільшує їх працездатність, скорочує час і вартість обробки. Виробничі випробування інструментів сталі Р6М5, модифікованих згідно з запропонованою методикою з надтвердими TіN покриттями, підтвердили їх високу працездатність. Високі результати показали низькотемпературні надтверді TiN покриття. Наприклад, виробничі випробування вирубних штампів зі сталі Х12М с такими покриттями, осадженими при температурі 140 С, показали збільшення їх стійкості в 9…10 разів порівняно з такими ж штампами без покриттів. Високу зносостійкість демонструють також вузли тертя, виготовлені зі конструкційної сталі 9ХС, з надтвердими покриттями TiN.
Розроблено принципи модернізації існуючих вакуумно-дугових установок для дуплексного зміцнювання поверхонь сталевих виробів, що містить у собі азотування у двоступеневому розряді і нанесення надтвердих покриттів у єдиному технологічному процесі.
АндреевА.А. Новые процессы термической обработки. Вакуумно-диффузионная обработка поверхности металлов с применением тлеющего и дугового электрических разрядов в газах (Глава 1: часть монографии) / [Андреев А.А., Пастух И.М., Шулаев В.М.] // Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2004.– 200c. (Библиотека ОТТОМ).
Аксенов І.І. Вакуумно-дуговые ионно-плазменные технологии покрытий в ХФТИ / І.І. Аксенов, А.А. Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники». – 1998. – В.2(3), 3(4). – С.3–12.
Aksenov I.I. Vacuum-Arc Coating Technologies at NSC KIPT / I.I. Aksenov, A.A. Andreev // Problems of Atomic Science and Technology. ser. Plasma Physics.– iss3(3), 4(4). – 1999. – Р.242–251.
Кунченко В.В. Структура и свойства эрозионно-стойких вакуумно-дуговых покрытий на основе нитридов титана / В.В. Кунченко, А.А. Андреев, Г.Н. Картмазов // Научные ведомости (Россия). Серия Физика. – 2001. – № 2(15). – С.21–25.
Андреев А.А. О движении катодного пятна вакуумной дуги / А.А. Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Плазменная электроника и новые методы ускорения». – 2000. – №1. – С.63–66.
Андреев А.А. Электронно-магнитная модель катодного пятна вакуумной дуги / А.А. Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Плазменная электроника и новые методы ускорения». – 2003. – №4 (3). – С.203–207.
Андреев А.А. Ускорение ионов, электронов и рентгеновское излучение в катодном пятне вакуумной дуги / А.А. Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Плазменная электроника и новые методы ускорения». – 2006. – №5 (5). – С.69–71.
Андреев А.А. Физическая электронно-магнитная модель катодного пятна вакуумной дуги / А.А. Андреев // Вісник Харківського національного університету. Сер. фізична «Ядра, частинки, поля». – 2007. – №763, В.1 /33/. – С.32–40.
Кунченко В.В. Карбонитриды титана, полученные вакуумно-дуговым осаждением / В.В. Кунченко, А.А. Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений радиационное материаловедение». – 2001. – № 2 (79). – С.116–120.
АндреевА.А. Азотирование стали в плазме модифицированного вакуумно-дугового разряда / А.А. Андреев, В.В. Кунченко, Л.П. Саблев, Р.И. Ступак, В.М. Шулаев // Технология машиностроения. – 2002. – №5. – С.27–30.
Андреев А.А. Азотирование сталей в газовом дуговом разряде низкого давления / А.А. Андреев, В.М. Шулаев, Л.П. Саблев // Физическая инженерия поверхности. – 2006. – Т.4, №3-4. – С.191–197.
Кунченко В.В. CrNx-покрытия, полученные вакуумно-дуговым методом / В.В. Кунченко, А.А. Андреев, Ю.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». – 2004. – №3 (85). – С.87–95.
Кунченко Ю.В. Слоистые Ti-Cr-N покрытия, получаемые методом вакуумно-дугового осаждения / Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко, И.М. Неклюдов, Г.Н. Картмазов, А.А. Андреев // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». – 2007. – №2 (90).– С.203–214.
АндреевА.А. Получение и термообработка вакуумно-дуговых многослойных покрытий CrxN-TiN на подложках из чугуна и стали / А.А. Андреев, В.В. Кунченко, В.М. Шулаев, К.М. Китаевский, А.Н. Челомбитько // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники». – 2003. – №5 (13). – С.136–138.
Григорьев С.Н. Наноструктурные покрытия, полученные методом физического осаждения вещества в вакууме / С.Н. Григорьев, А.А. Андреев, В.М. Шулаев // Упрочняющие Технологии и Покрытия (Россия). – 2005. – №9. – С.14–19.
Григорьев С.Н. Технические особенности получения наноструктурных покрытий вакуумно-плазменными методами / С.Н. Григорьев, А.А. Андреев, В.М. Шулаев // Технология Машиностроения (Россия). – 2005. – №7. – С.47–52.
Андреев А.А. Износостойкие вакуумно-плазменные покрытия на основе титана в инструментальном производстве / А.А. Андреев, С.Н. Григорьев // Станки и инструмент (Россия). – 2006. – №2. – С.19–24.
Шулаев В.М. Модернизация вакуумно-дуговых установок для синтеза покрытий и азотирования методом ионной имплантации и осаждения / В.М. Шулаев, А.А. Андреев, В.П. Руденко // Физическая инженерия поверхности. – 2006. – Т.4, №3-4. – С.136–142.
Андреев А.А. Влияние давления азота при осаждении сверхтвёрдых TiN покрытий на их свойства / А.А. Андреев, В.М. Шулаев, В.Ф. Горбань, В.А. Столбовой // Физическая инженерия поверхности. – 2007. – Т.5, №3-4. – С.150–159.
Андреев А.А. Вакуумно-дуговое модифицирование поверхности стальных изделий // А.А. Андреев // Физическая инженерия поверхности. – 2007. – Т.5, №3-4.– С.250–258.
Шулаев В.М. Исследование макрочастиц, эмитируемых вакуумно-дуговым источником плазмы на основе титан-кремниевых катодов / В.М. Шулаев, А.А. Андреев // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2008. – №4/4 (34). – С.4–9.
Шулаев В.М. О стабильности структуры вакуумно-дуговых многослойных покрытий на основе нитридов титана и хрома / В.М. Шулаев, А.А. Андреев // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2008. – №2. – С.18–21.
В.М. Шулаев «Структура и свойства нанокристаллических многослойных покрытий на основе нитридов титана и хрома» / В.М. Шулаев, А.А Андреев, В.Ф. Горбань, В.А. Столбовой // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2008. – № 4/4 (34). – С.47–52.
Патент України № 8688, МКИ С23С 14/48, Спосіб хіміко-термічної обробки виробів / С.Н. Григор’єв, А.А. Андреєв, А.С. Верещака, Л.П. Саблєв, Р.І. Ступак.– № 432003/SU; Заявл. 05.10.87; опубл. 30.09.96. Бюл. №3.
Андреев А.А. Нанокристаллические вакуумно-дуговые многослойные покрытия на основе нитридов титана и хрома / В.М. Шулаев, А.А. Андреев, И.М. Неклюдов, В.Ф. Горбань, В.А. Столбовой // Сб. докл. 9-го Межд. научно-техн. конгресса термистов и металловедов. Харьков, 2008, С. 6–10.
Андреев А.А. Вакуумно-дуговые технологии модифицирования поверхности металлоизделий / А.А. Андреев, В.М. Шулаев, И.М. Неклюдов, Л.П. Саблев // Сб. докл. 8-го Межд. Конгресса « Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов», Харьков, 2007, т. 2, с. 6 – 18.
