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
страница7/7
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














13 
покрытий  автором  была  предложена  методика  определения  оптимального  дав-
ления  по  симплексу  скорости  осаждения  покрытия,  схематизированная  на 
рис. 8.  Данная  схема  реализуется  следующим  образом.  Путём  статистической 
обработки  экспериментальных  данных  с  применением    табличного  процессора 
Microsoft Excel формируются уравнения регрессии для основных составляющих 
элементов скорости осаждения покрытия. Далее в программной среде MathCAD 
полученные  уравнения  интегрируются  в  общую  модель  скорости  осаждения, 
для которой также задаются значения постоянных и переменных факторов. Для 
быстрого  поиска  экстремальных  состояний  оптимизационной  модели  её  мате-
матическое выражение имеет графическое представление.  
 
 
Рис. 8. Схема определения оптимального давления газа по симплексу скорости осаждения 
покрытия 
В качестве примера использования полученной оптимизационной модели 
(рис. 6) могут быть представлены следующие результаты. Согласно модели, оп-
тимальным  давлением  для  вышеуказанных  условий  (установка  «Unicoat  400»; 
материал  ВТ1–0;  рабочий  газ  –  аргон;  максимальное  напряжение  разряда 
Udmax=650 В; параметры блока смещения Ub=40 В; Ib=1 А; Id=6 А) является зна-









14 
чение p=0,15 Па. При его использовании в качестве рабочего давления скорость 
осаждения  составила  0,36 нм/с,  тогда  как  при  осуществлении  аналогичного 
процесса без оптимизации давления значение скорости составляло 0,28 нм/с. В 
результате, параметрическая оптимизация давления в данном случае обеспечи-
ла  сокращение  времени  технологического  цикла  на  29 %,  при  этом  ухудшение 
качества получаемых покрытий не происходит. 
Таким  образом,  в  ходе  работы  на  основании  конструктивных  особенно-
стей  установки  магнетронного  напыления,  а  также  регламентированных  пара-
метров  её  функционирования  и  их  технологических  характеристик  были  опре-
делены функциональные взаимосвязи параметра рабочего давления газа в ваку-
умной камере с основными факторами процесса напыления и его качественны-
ми  характеристиками,  которые  впоследствии  были  преобразованы  в  математи-
ческие  модели  для  оптимизации  и  коррекции  давления.  На  основании  исполь-
зования созданного математического аппарата разработан способ параметриче-
ской оптимизации давления в ходе процесса напыления, практическая реализа-
ция  которого  привела  к  повышению  производительности  установки  для  напы-
ления покрытий без ущерба их качеству.  
Согласно  вышесказанному,  результаты  выполненной  работы  могут  быть 
квалифицированы как технологические мероприятия по повышению эффектив-
ности  процесса  магнетронного  напыления  упрочняющих  3D-нанокомпозитных 
покрытий металлорежущего инструмента (рис. 9). 
 
Рис. 9. Технологические мероприятия по повышению эффективности процесса магне-
тронного напыления 
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 
1.  На  основании  выполненного  анализа  математического  описания  и 
практической  специфики  ионно-плазменного  магнетронного  метода  синтеза 
упрочняющих  покрытий  установлено,  что  наиболее  рациональным  способом 
повышения  эффективности  процесса  магнетронного  напыления  является  пара-
метрическая оптимизация давления газа по симплексу скорости осаждения по-

15 
крытия,  предусматривающая  учёт  влияния  на  процесс  случайных  изменений 
технологических параметров и факторов, определяющих качество плазмы.   
2.  Математическое  описание  механизма  взаимосвязи  величины  рабочего 
давления  и  качества  плазмы  (наличия  газовых  примесей)  в  процессе  магне-
тронного напыления, выраженное в виде математической модели комплексного 
показателя  качественного  состава  плазменной  среды,  позволяет  реализовать 
количественный  учёт  качественных  характеристик  процесса  нанесения  покры-
тия. Данный показатель, отражающий полноту соответствия комплекса качест-
венных характеристик процесса напыления эталонному комплексу условий, яв-
ляется  корректором  величины  давления  газа  в  камере  лабораторной  установки 
ионно-плазменного магнетронного напыления. 
3. Полученная теоретико-экспериментальная зависимость скорости осаж-
дения покрытия от физических  параметров процесса напыления для  установки 
«Unicoat 400» позволяет рассчитать оптимальные значения давления газа, соот-
ветствующие максимальной скорости осаждения покрытия. 
4. Параметрическая оптимизация давления газа в вакуумной камере уста-
новки магнетронного напыления по симплексу скорости осаждения покрытия с 
учётом конкретных  условий выявила необходимость  увеличения давления газа 
при  снижении  разрядного  тока  с  целью  достижения  максимально  возможной 
скорости осаждения.  
5. Практическая реализация мероприятий по оптимизации давления газа в 
процессе  магнетронного  напыления  показывает  сокращение  затрат  времени  на 
осуществление технологического цикла напыления покрытия при стабильности 
качества  получаемых  покрытий.  Для  рассматриваемых  условий  сокращение 
продолжительности технологического цикла составило 23…29 %, при этом от-
носительный  экономический  эффект  от  внедрения  оптимизационных  меро-
приятий составил 25 %.  
6. Внедрение результатов исследования на производстве подтвердило ра-
циональность  оптимизации  давления  в  технологических  процессах  нанесения 
покрытий  при  упрочнении  металлорежущего  инструмента,  используемого  на 
современных отечественных машиностроительных предприятиях.  
7.  Подготовленный  программный  модуль  обеспечивает  автоматизирован-
ное  получение  и  использование  оптимизационных  моделей  в  различных  усло-
виях  реализации  процессов  ионно-плазменного  магнетронного  синтеза  упроч-
няющих покрытий. 
8.  Разработанные  технологические  мероприятия  по  повышению  эффек-
тивности  магнетронного  напыления  упрочняющих  3D-нанокомпозитных  по-
крытий  металлорежущего  инструмента  дают  возможность  в  производственных 
условиях  повысить  производительность  магнетронных  установок  за  счёт  регу-
лирования давления газа в камере. 
Основные  положения  диссертации  отражены  в  следующих  работах  
(издания входят в перечень ВАК). 
1.  Дружков, С. С.  Модернизация  магнетронной  установки  для  синтеза 
наноструктурированных  покрытий  [Текст]  /  С. С. Дружков  //  Вестник  РГАТА 
имени П. А. Соловьева. – Рыбинск : РГАТА, 2011. – №1 (19). – С. 71 – 75. 
Другие публикации по теме диссертации. 

16 
1.  Дружков, С. С.  Применение  наноструктурированных  покрытий  при 
производстве металлорежущего инструмента, как современный этап его разви-
тия  [Текст]  /  С. С. Дружков,  А. Е. Сергеев  //  Сборник  трудов  пятой  всероссий-
ской  зимней  школы-семинара  аспирантов  и  молодых  ученых.  –  Уфа :  УГАТУ, 
2011. – С. 99 – 102. 
2.  Дружков, С. С.  Перспективные  методы  нанесения  наноструктуриро-
ванных  покрытий  на  металлорежущий  инструмент  [Текст]  /  А. Е. Сергеев, 
С. С. Дружков // Сборник трудов пятой всероссийской зимней школы-семинара 
аспирантов и молодых ученых. – Уфа : УГАТУ, 2011. – С. 267 – 270. 
3.  Дружков, С. С.  Влияние  технологических  параметров  и  условий  осу-
ществления  процессов  магнетронного  распыления  на  характеристики  получае-
мых  наноструктурированных  покрытий  [Текст]  /  С. С. Дружков  //  Материалы 
Всероссийской  конференции  с  элементами  научной  школы  для  молодежи.  – 
Рыбинск : РГАТА, 2010. – C. 56 – 61. 
4.  Дружков, С. С.  Модернизация  магнетронной  установки  для  синтеза 
наноструктурированных  покрытий  [Текст]  /  С. С. Дружков  //  Сб.тр.  Всерос. 
конф. молодых ученых. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. – С. 278 – 279. 
5.  Дружков, С. С.  Совершенствование  процесса  магнетронного  напыле-
ния  наноструктурированных  покрытий  [Текст]  /  С. С. Дружков  //  Мавлютов-
ские  чтения:  Всероссийская  молодёжная  научная  конференция:  сб.  тр.  в  5  т. 
Том 2. – Уфа : УГАТУ, 2011. – С. 116 – 118. 
6.  Дружков, С. С.  Формализация  влияния  технологических  условий  осу-
ществления  процесса  магнетронного  напыления  наноструктурированных  по-
крытий  на  формирование  давления  газа  в  вакуумной  камере  [Текст]  / 
С. С. Дружков  //  Материалы  III  Всероссийского  конкурса  молодых  учёных.  – 
М. : РАН, 2011. – С. 82 – 90. 
7.  Дружков, С. С.  Модернизация  автоматизированной  системы  регуля-
ции давления газа в вакуумной камере  магнетронной  установки для нанесения 
упрочняющих  покрытий  [Текст]  /  С. С. Дружков  //  Лучшие  инженерно-
технические кадры России: сборник статей.–М.:Союзмаш. России, 2011.–С.4–7. 
8.  Дружков, С. С.  Повышение  производительности  магнетронной  уста-
новки  для  напыления  упрочняющих  3D-нанокомпозитных  покрытий  [Текст]  / 
С. С. Дружков  //  Сборник  трудов  седьмой  Всероссийской  зимней  школы-
семинара аспирантов и молодых ученых. Том 2.–Уфа:УГАТУ, 2012.–С.199–201. 
9.  Дружков, С. С.  Повышение  эффективности  процесса  магнетронного 
напыления упрочняющих покрытий [Текст] / С. С. Дружков // Материалы седь-
мой  международной  научно-технической  конференции.  –  Вологда :  ВоГТУ, 
2012. – С. 125 – 127. 
 

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