Введение 4
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Особенности контакта между титановой заготовкой и режущим
инструментом с покрытием 6
1.2 Покрытия, применяемые при обработке титановых сплавов 7
1.3 Физико-механические свойства диборида титана 9
1.3.1 Модуль упругости 9
1.3.2 Прочность 10
1.3.3 Устойчивость к разрушению 12
1.3.4 Твердость 13
1.3.5 Покрытия TiB2 16
1.4 Свойства покрытий на основе нитридов металлов 17
1.5 Методы получения тонких и наноразмерных покрытий 19
1.5.1 CVD методы осаждения твердых покрытий 19
1.5.2 PVD методы осаждения твердых покрытий 20
1.5.3 Катодное распыление 22
1.5.4 Магнетронное распыление 25
1.5.5 Вакуумно-дуговое распыление 26
1.5.6 Покрытия получаемые методом HiPIMS 27
1.5.7 Вакуумно-дуговой разряд 28
1.6 Конструкции вакуумно-дуговых распылительных устройств 29
1.7 Термостойкость (понятия и основные подходы к ее повышению) 30
1.8 Постановка задач исследования 32
Глава 2 Материал и методика исследования 33
2.1 Материал исследования 33
2.2 Методика измерения микротвёрдости по Виккерсу 35
2.3 Определение адгезионных свойств 36
2.4 Определение толщины покрытия методом шарового шлифа 38
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 40
3.1 Результаты исследований покрытий диборида титана и диборида титана с
прослойками нитрида гафния и нитрида титана в исходном состоянии и после отжига при температуре 500 0С 40
3.2 Результаты исследований композиционных покрытий на основе диборида
титана и гафния 47
3.3 Результаты исследований свойств композиционного покрытия на основе
диборида титана и гафния 50
3.4 Анализ результатов исследований 52
Глава 4 Анализ вредных факторов производственной среды 53
4.1 Электрический ток 53
4.2 Электромагнитное излучение на рабочем месте 54
4.3 Давление 55
4.4 Организационные защитные мероприятия 55
Глава 5 Экономическое обоснование 55
Выводы 58
Список литературы 59
К конструкционным материалам, применяемым в авиационной промышленности, предъявляются особые требования. Им должна быть присуща высокая прочность, малый удельный вес, а также устойчивость к высокотемпературному воздействию. К подобным материалам относят сплавы на основе никеля, алюминия и титана. Доля сплавов содержащих титан непрерывно возрастает, что в свою очередь обостряет проблему его обработки, так как данные сплавы относят к так называемым «труднообрабатываемым» из- за небольшого срока службы металлорежущего инструмента. На текущий момент широко применяемые тонкие твердые покрытия на основе нитридов титана, алюминия и других металлов не могут обеспечить достаточного эффекта повышения срока службы инструментов, использующихся для обработки титановых сплавов.
В зарубежной литературе приводятся данные о перспективности использования покрытия диборида титана (TiB2). Для его создания используются наиболее современные методы осаждения покрытий, в частности метод магнетронного распыления высокой мощности (HiPIMS), который обладает целым рядом преимуществ по сравнению с другими методами физического осаждения (PVD). В то же время установлено, что эффективность применения указанного выше покрытия диборида титана при обработке титановых сплавов сильно зависит от режимов обработки и существенно снижается при повышении скорости резания. В связи с этим можно предположить, что это вызвано недостаточной термостойкостью данного покрытия из диборида титана. Таким образом, целью данного исследования является поиск возможных путей увеличения термостойкости покрытий диборида титана. Очевидно, что для достижения этой цели необходимо решить ряд взаимосвязанных задач, в частности, это разработка экспериментальной технологии нанесения покрытия диборида титана с более высокой термостойкостью, а также комплексное исследование его основных свойств (структуры, механических свойств и т. д.) и их изменения после термического воздействия.
В данной работе исследованы защитные покрытия на базе диборида титана, такие как диборид титана с подслоем нитрида гафния Н£М-Т1В2,слои диборида титана и нитрида гафния HfN-TiB2-HfN, слои диборида титана и нитрида титана TiN-TiB2-TiN.
Предложены режимы нанесения данных функциональных покрытий вакуумно-дуговым методом f=200 Hz, U=510 V; I=0,96A; PAr=4,5*10-3 мм. рт. ст. в течение 10 минут. Подслой нитрида гафния или нитрида титана наносится импульсным источником U=300 V; C=2200 mkF; f=5 Hz; PN=1*10-3 мм. рт. ст. в течение 3 минут. Предварительно наносится подслой гафния или титана в теч. 2 мин.
Изучена их термическая стойкость после отжига при 500 0С.
Резюмируя можно отметить следующие факты:
• Подтверждено снижение микротвердости и адгезионных свойств покрытия диборида титана.
• Установлено, что добавление нитрида титана не приводит к увеличению термостойкости покрытия диборида титана
• Установлено, что добавление азота при распылении диборида титана методом HiPIMS не приводит к повышению его термостойкости, но уменьшает скорость распыления и толщину покрытия.
• Покрытия на основе диборида титана с добавками гафния обладают наиболее высокой термостойкостью.
• Дополнительно установлено, что нитрид гафния обладает наилучшей термостойкостью.
