Разработка технологических мероприятий по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих 3d-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента


Скачать 107,39 Kb.
PDF просмотр
НазваниеРазработка технологических мероприятий по повышению эффективности процесса магнетронного напыления упрочняющих 3d-нанокомпозитных покрытий металлорежущего инструмента
страница6/7
ДРУЖКОВ СТАНИСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ
Дата конвертации28.09.2012
Размер107,39 Kb.
ТипАвтореферат
СпециальностьТехнология и оборудование механической и физико-технической обработки»
Год2012
На соискание ученой степениКандидат технических наук
1   2   3   4   5   6   7

11 
Экспериментальное  определение  взаимосвязи  давления  газа  и  эффектив-
ности  напыления  состояло  в  многократной  реализации  технологического  про-
цесса нанесения покрытия  на образцы-свидетели при различных значениях ра-
бочего давления, что сопровождалось измерением масс распыляемых мишеней 
и  образцов-свидетелей  до  и  после  реализации  процесса  напыления.  Расчёт  по-
казателей  эффективности  состоял  в  сопоставлении  полученных  масс,  приве-
денных  к  единице  площади.  Статистическая  обработка  результатов  экспери-
мента (рис. 5) определила эмпирическую зависимость эффективности процесса 
напыления и величины давления газа в вакуумной камере: 
0,79
η
0, 047 p


,    
 
 
 
(6) 
где η – показатель эффективности процесса напыления. 
Путём объединения полученных эмпирических зависимостей (3, 4, 5, 6), с 
учётом  формул  из  таблицы  1,  была  определена  теоретико-экспериментальная 
зависимость скорости осаждения покрытия от давления газа в вакуумной каме-
ре: 
10
2
ln

   m

0,21
0,04
1, 44 p
 e
I
4, 2 10
β

и
a


,
 
(7) 
π  2
2
 ρ  E
p
и
a
А
cyб
 
где  v  –  скорость  осаждения,  м/с;  NA  –  число  Авогадро,  моль-1;  ρ  –  плотность 
распыляемого материала, кг/м3. 
Данная  математическая  модель  может  рассматриваться  как  целевая 
функция  для  оптимизации  давления  газа  в  вакуумной  камере  и  реализации 
энергоэффективных  условий  протекания  процессов  ионно-плазменного  магне-
тронного напыления. 
Четвёртая  глава  диссертационной  работы  посвящена  непосредственно-
му осуществлению оптимизации давления газа по симплексу скорости осажде-
ния в процессе магнетронного напыления 3D-нанокомпозитных покрытий с це-
лью повышения его эффективности. 
Графическая интерпретация оптимизационной модели при использовании 
полученной целевой функции и наложении граничных условий на варьируемые 
факторы  была  реализована  в  программной  среде  MathCAD.  Расположение  экс-
тремумов на графиках (рис. 6), соответствующих оптимальным значениям дав-
ления, установило необходимость увеличения давления газа при снижении раз-
рядного  тока  с  целью  достижения  максимально  возможной  скорости  осажде-
ния. 
Для  реализации  разработанных  мероприятий  автором  предложен  способ 
повышения эффективности процесса магнетронного напыления за счёт оптими-
зации давления газа в вакуумной камере магнетронной установки по симплексу 
скорости осаждения, который базируется на возможности компенсации случай-
ных изменений технологических параметров процесса и влияния внешних воз-
мущений  (факторов,  определяющих  качество  плазмы)  путём  регуляции  давле-
ния газа. 
 Сущность  предлагаемого  способа  заключается  в  том,  что  контроль  сис-
темой управления установки основных параметров, определяющих ход процес-
са напыления,  в соответствии с базовыми алгоритмами  управления, сопровож-
дается  дополнительным  расчётом  оптимальной  величины  давления  газа  по 




12 
симплексу скорости осаждения покрытия с учётом действующих качественных 
условий процесса. 
 
Рис. 5. Эмпирическая зависимость эффектив-
Рис. 6. Зависимости скорости осаждения 
ности напыления от давления газа 
покрытия от давления газа при различном 
(установка «Unicoat 400»; материал ВТ1–0; 
разрядном токе (установка «Unicoat 400»; 
рабочий газ – аргон; максимальное напряже-
материал ВТ1–0; рабочий газ – аргон; мак-
ние разряда Udmax=650 В; разрядный ток  
симальное напряжение разряда 
Id=5 А; параметры блока смещения  
Udmax=650 В; параметры блока смещения 
Ub= 40 В; Ib =1 А) 
Ub= 40 В; Ib =1 А) 
Рассчитанное  значение  давления  сопоставляется  с  действующим,  после 
чего результат сопоставления в виде управляющего сигнала для корректировки 
давления сообщается системе управления. Указанные действия могут происхо-
дить  как  с  участием  оператора,  так  и  автоматизировано,  за  счёт  функциониро-
вания  программного  обеспечения.  Принципиальная  схема  возможной  реализа-
ции  предлагаемого  способа  повышения  производительности  установки  магне-
тронного напыления за счёт оптимизации давления газа представлена на рис. 7. 
 
Рис. 7. Принципиальная схема возможной реализации предлагаемого способа повышения 
производительности установки магнетронного напыления 
(pзад, Iзад,Uзад, fзад – задаваемые значения рабочих параметров: давления, тока, напряжения, 
частоты импульсов; САУ – система автоматизированного управления; p+зад, I+зад,U+зад, f+зад – 
заданные значения рабочих параметров, обработанные САУ; ИМ – исполнительные меха-
низмы; БП – блок питания; РРГ– регулятор расхода газа; МС – магнетронная система; ПВ – 
привод вращения; pдейств, Iдейств,Uдейств – действующие значения рабочих параметров; МОД – 
модуль оптимизации давления; pопт – оптимальное значение давления; Δр – управляющий 
сигнал для корректировки давления) 
Таким образом, обеспечивается поддержание процесса нанесения покры-
тия на повышенной (относительно базового варианта) скорости, благодаря чему 
затраты времени на процесс напыления сокращаются. 
Для создания и использования оптимизационных моделей под различные 
условия  процессов  ионно-плазменного  магнетронного  синтеза  упрочняющих 
1   2   3   4   5   6   7

Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница