Analysis and comparison of mechanical and chemical properties of protective coatings obtained at different combinations of "target – substrate"

Abstract

Досліджено вплив різних комбінацій «мішень -сталева підкладка» на механічні та хімічні властивості захисних покриттів, отриманих за допомогою іонно-плазмової обробки. Широке застосування іонно-плазмових технологій для зміцнення виробів стримується недосконалістю обладнання, відсутністю достатніх теоретичних і експериментальних досліджень з контролю і регулювання фізичних властивостей і технічних параметрів процесу обробки. Зняття цих проблем можливе на підставі подальших досліджень і нових рішень в області технології зміцнення. Для досліджень в цьому напрямку використовувалася експериментальна іонно-плазмова установка з програмним забезпеченням для регулювання і контролю енергії, дози, концентрації імплантованих іонів, тиску робочого газу, товщини покриття. Застосована ефективна методика підвищення якості робочої поверхні сталевого інструменту, яка дозволила здійснити масоперенос легуючих елементів поверхневою іонно-плазмовою обробкою. За рахунок регульованої низькотемпературної двохстадійної іонізації атомів азоту і легуючих елементів в реакційному обсязі відбувалося насичення кристалічної решітки заліза імплантованими іонами і утворення карбонітридних фаз легуючих елементів, відповідальних за підвищення твердості, зносо-і корозійної стійкості. Виявлено оптимальні параметри процесу імплантації ( Uп=25 кВ, Iп=35 мА, D=4,01 . 10 17 cм -2 за 1 год. ), які дозволили досягти поліпшення поверхневих властивостей конструкційної вуглецевої, конструкційної легованої, інструментальної сталей. Встановлено взаємозв'язок між терміном служби виробів і властивостями отриманої після імплантації поверхні. Показано збільшення терміну служби виробів з покриттям ТiN (в 1,5-3 рази), CrN (в 1,9-6 разів) і ZrN (в 3-12 разів) в порівнянні з виробами без покриття. Проведено аналіз і визначено найбільш ефективні варіанти комбінацій «мішень -сталева підкладка» для практичного застосування захисних покриттів. Оскільки застосування порівняно недорогих сталевих виробів з підвищеними характеристиками міцності має економічні вигоди для виробника і є однією з тенденцій сучасного виробництваКлючові слова: іонна імплантація, захисне покриття, сталева підкладка, зносостійкість, термін служби UDC 533.59