Повышение эксплуатационных характеристик инструмента методом ионной имплантации азота
Диссертация
Работа выполнена на кафедре «Физико-химические процессы и технологии» и в лаборатории «Электрофизических и электрохимических методов обработки» им. Ф. В. Седыкина Тульского государственного университета. Автор благодарен всем сотрудникам кафедры и лаборатории за поддержку и полезные замечания при выполнении работы. Проведено экспериментальное исследование влияния технологических параметров ионной… Читать ещё >
Содержание
- I. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
- 1. 1. Место ионной имплантации в ряду упрочняющих технологий 7 1.2 Моделирование процессов взаимодействия имплантируемых ионов с обрабатываемыми материалами
- 1. 2. 1. Моделирование процесса имплантации
- 1. 2. 1. 1. Механизмы потери энергии имплантируемыми ионами
- 1. 2. 1. 2. Ядерное торможение иона в материале
- 1. 2. 1. 3. Электронное торможение иона в материале
- 1. 2. 1. 4. Распределение имплантируемых примесей в твердых телах
- 1. 2. 2. Радиационно-стимулированная диффузия примеси
- 1. 2. 3. Остаточные концентрационные напряжения
- 1. 2. 1. Моделирование процесса имплантации
- 1. 3. Требования к установкам для ионной имплантации в металлы и сплавы
- 1. 4. Выводы по главе I. Цель и задачи исследования
- 1. 1. Место ионной имплантации в ряду упрочняющих технологий 7 1.2 Моделирование процессов взаимодействия имплантируемых ионов с обрабатываемыми материалами
- II. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ С ОБРАБАТЫВАЕМЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 30 2.1 Модель для расчета пробегов ионов. под действием энергии имплантации
- 2. 1. 1. Расчет пробегов ионов методом Монте-Карло
- 2. 1. 2. Алгоритм расчета среднего проецированного пробега 35 2.1.3. Методика расчета распределения концентрации внедренных ионов по глубине материала
- 2. 1. 4. Расчет пробегов ионов азота для различных фаз инструментальных материалов
- 2. 2. Моделирование распределения радиационных дефектов по глубине поверхностного слоя материала
- 2. 2. 1. Расчет среднего количества и распределения элементарных дефектов, создаваемых одним ионом
- 2. 2. 2. Методика расчета распределения радиационных дефектов по глубине поверхностного слоя материала
- 2. 3. Моделирование распределения внедренных ионов с учетом радиационно-стимулированной диффузии
- 2. 4. Расчет остаточных концентрационных напряжений
- 2. 4. 1. Методика расчета остаточных концентрационных напряжений
- 2. 4. 2. Программное обеспечение для расчета остаточных концентрационных напряжений
- 2. 4. 3. Результаты расчета остаточных концентрационных напряжений
- 2. 5. Выводы по главе II
- III. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
- 3. 1. Экспериментальное оборудование
- 3. 1. 1. Разработка установки для ионной имплантации азота в инструментальные материалы на базе вакуумной установки ВУ-1Б
- 3. 1. 2. Устройство и характеристики системы электропитания имплантационной установки
- 3. 1. 3. Разработка конструкции датчика ионного тока
- 3. 2. Выводы по главе III
- 3. 1. Экспериментальное оборудование
- IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИМПЛАНТИРОВАННЫХ ИОНАМИ АЗОТА
- 4. 1. Исследование технологических возможностей установки для ионной имплантации азота в инструментальные материалы
- 4. 2. Выбор технологических режимов имплантации азота в инструментальные стали
- 4. 3. Исследование зависимости микротвердости образцов из стали Р6М5 от технологических режимов имплантации
- 4. 4. Исследование износостойкости торцевых фрез, имплантированных ионами азота
- 4. 5. Выводы по главе IV
Список литературы
- Калачев М.И. Деформационное упрочнение металлов. Мн., Наука и техника, 1980, 256с.
- Технология термической обработки стали. Учебник для вузов. Башнин Ю. А., Ушаков Б. К., Секей А. Г. М.: Металлургия, 1986. 424 с.
- Теория термической обработки. Учебник для вузов. Блантер М. Е. М.: Металлургия, 1984, 328с.
- Вельский Е.И., Ситкевич М. В., Понкратин Е. И., Стефанович В. А. Химико-термическая обработка инструментальных материалов.-Мн.: Наука и техника, 1986.-247 с.
- Теория и технология азотирования/ Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Шпис Г.-И., Бемер 3. М.: Металлургия, 1991, 320с.
- Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. — 279 с.
- Белый A.B. и др. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев/ A.B. Белый, Г. Д. Карпенко, Н. К. Мышкин. М.: Машиностроение, 1991.-208с.
- Распыление твердых тел ионной бомбардировкой: Пер. с англ. / Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1986. — 488 с.
- Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. -М.: Машиностроение, 1990.-384 с.
- Оборудование ионной имплантации/ B. Bi Симонов, Л. А. Корнилов,
- A.B. Шашелев, Е. В. Шокин. М.: Радио и связь, 1988. — 184с.
- X. Риссел, И. Руге. Ионная имплантация: Пер. с нем. В. В. Климова,
- Кумахов М.А., Комаров Ф. Ф. Энергетические потери и пробеги ионов в твердых телах. Мн.: Изд-во БГУ, 1979.-320с.
- Sommerfeld А. Rend. Acad. Lincei, 1935, 6,759.
- Gaspar R.-Acta Phys. Hung., 1952,11,151.
- TeitzT.-Ann. d. Phys., 1955, 15, 186.
- Wedephol P. J. Phys., 1968, Bl, 307.
- Лейман К. Взаимодействие излучения с твердым телом и образование элементарных дефектов: Пер. с англ.-М.: Атомиздат, 1979. 296 с.
- Белый A.B., Ших С.К.//Трение и износ.-1981. Т.8. С. 330−343.
- Демкин Н.Б., Рыжов Э. В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981.
- Shepard S.P., Suh N.P.// Trans of ASME. 1982. Vol. 109. P. 32−43.
- Титов B.B. Роль механических напряжений при легировании материалов с помощью ионных пучков. М.: Препринт ИЛЭ им. И. В. Курчатова, 1983. 48с.
- Al. Tamimi. Z., Grant W.A.- Cartere G. //Nuci. Instr. Meth. 1983. Vol. 209 -210. P. 363−369.
- Greggi Y.// Ser. Metall. 1983. Vol. 17. P. 765−768.
- Баркли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. М.: Машиностроение, 1986, 359с.
- Dearnaley G. // Mater. Sei and Eng. 1985. Vol. 69. P. 139 -147.
- Белый A.B., Симонов Л. В., Ших C.K. Применение ионного легирования для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин и оборудования. Минск: БЕЛНИЙТИ, 1985. 44с.
- Dearnaley G., Minier F.Y., Roletal P.K. Nucl. Instr. and Meth. 1985. B. 178. P. 188−194.
- Васильева E.B. Влияние имплантации ионов азота и углерода на стойкость подшипниковой стали/ «Физика и химия обработки материалов», N1, 1989.
- Baumvol I.Y. R., Sautos С.A. In.: Ion Implantation Equipment and Techniques. Berlin. 1983. P 347.
- Барвелл ФЛ Трение и износ, 1986. Т.7. № 5. С. 780−790.
- Модификация твердых тел с применением лазерных, ионных и электронных пучков/ Под. Ред. Дж. М. Поута, Ж. Фоти, Э. С. Якобсона. М.: Машиностроение, 1987. 424с.
- Наумович. А.И. Модификация структуры и трибологических свойств приповерхностных слоев титана ионным перемешиванием. Минск, 1986.206с.
- Белый A.B., Малышев В. Ф., Ших С.К. // Трение и износ. 1988. Т.9. с. 665−671, 1989. Т.10. № 1. С. 338−340.
- Белый A.B., Догодейко В. Г., Макушок Е. М., Миневич A.JI. Прогрессивные методы изготовления металлорежущего инструмента. Минск.: БЕЛНИИТИ, 1989. 56 с.
- Зеленский В.Ф., Неклюдов И. М., Черняева Т. П. Радиационные дефекты и распухание металлов. Киев: Наукова думка, 1988. — 296 с.
- Бобровский С.М. Повышение эксплуатационных свойств режущего инструмента методом ионной имплантации. Дис., к.т.н.- 05.03.01 -Тольятти, 1998. 245 с.
- Криштал М.М. Механизм диффузии в железных сплавах. М.: Металлургия, 1972. — 187 с.
- Конодеев Ю.В., Коровин Ю. А. Влияние облучения на материалы ядерной техники. Обнинск: Обнинский филиал МИФИ, 1981. — 178 с.
- Черняева Т.П. Радиационные дефекты и распухание металлов. Киев: Наукова думка, 1988. — 296 с.
- Бабад-Захряпин A.A., Кузнецов Т. Д. Радиационо-стимулированная химико-термическая обработка. М.: Энергоиздат, 1982. — 94 с.
- Влияние никоэнергетической имплантации на механические свойства сплавов титана и железа. / В. О. Вальднер, В. П. Квядрас и др.// Физика и химия обработки материалов. 1987. — № 2 -с. 18−24.
- Никитин A.A., Травина Н. Г. Ионная имплантация металлов и сплавов. // Бюллетень ЦНИИЧ. 1986.-№ 23.
- Повышение эксплуатационных характеристик сплавов под действием мощных ионных пучков. /А.Д. Погребняк, В. А. Пирогов и др.// Физика и химия обработки материалов. 1987. — № 6. — с. 4−10.
- Полетика М.Ф., Падков К. Н., Лозинский Ю. Н. Поверхностное ионное легирование режущего инструмента.// Тез. конф. «Прогрессивные технологии процессов изготовления и рациональной эксплуатации режущего инструмента». Харьков: ХПИ, 1979.
- Структура и свойства железа, облученного ионами кобальта и вольфрама./ А. Е. Кузьмин, А. Д. Лигачев и др. //ФММ. 1986. — Вып. 6, т. 61.-с. 207.
- Влияние ионной бомбардировки на дислокационную структуру монокристаллов корунда./ Э. Ф. Чайковский., З. Б. Батуричева и др. // Физика и химия обработки материалов. 1984. — № 3. — с. 133- 135.
- Таран А. А., Батуричева З. Б., Чайковский Э. Ф. Изменение дислокационной структуры в монокристаллах вольфрама, облученных ионами аргона.// Поверхность. 1988. — № 2. с. 146−149.
- Tuheux D., Fauenlly S. Modifications super filme lies par implantation d’ions application a la tribologie // Vide coueches minees. 1987. — V. 42. -# 328.-p. 415−418.
- Сулима A.M., Шулов B.A. Ионное легирование конструкционных материалов.// Поверхностный слой, точность, эксплуатационные свойства и надежность деталей машин и приборов. М.: МДНТП, 1989. -с. 73 -78.
- Хирвонен Дж. К. Ионная имплантация. М.: Металлургия, 1985. — 285 с.
- Ионное облучение инструмента из быстрорежущей стали./ Н. В. Плешивцев, Д. В. Бондарев, П. П. Сидоров, С. Е. Дукачев, Г. Л. Давыдов // СТИН. 1994. — № 6. — с. 21−23.
- Хает Л.Г. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975.- 168 с.
- Каминский М.А. Атомные и ионные столкновения на поверхности металлов. М.: Мир, 1967. 506 с.
- Полетика М.Ф., Весковский О. И., Полещенко К. И. Повышение надежности режущего инструмента ионной имплантацией.// «Повышение эффективности применения твердосплавных инструментальных материалов и пути их экономии». Л.: 1989. — с. 7074.
- Ионно-лучевая модификация материалов. Аналитический обзор. М.: МЦНТИ, 1987.284 с.
- Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. 134 с.
- Пранявичус А., Дудонис Ю. Модификация свойств твердых тел ионными пучками.- Вильнюс: Мокслас, 1980. 191 с.
- Иолфи Ф.В. Фазовые превращения при облучении. Челябинск: Металлургия, 1989. 312 с.
- Искандерова З.А., Раджабов Т. Д., Рахимова Г. Р. Формирование упрочненного приповерхностного слоя с выделениями новой фазы на объемных дефектах при ионной имплантации. Поверхность. 1985. — № 10. с. 115−126.
- Poate J.M., Journ. Vac. Sci. and Tech., 15, 1636 (1978).
- Хансен M., Андерко К. Структуры двойных сплавов. В 2-х томах. М.: Металлургиздат, 1962.
- Методы анализа поверхности. Под ред. А. Задерны. М.: Мир, 1979.
- Townsend P.D., Kelly J.C., Hartley N.E.W. Ion Implantation, Sputtering and Their Application. Academic Press, London, 1976.
- Лариков Л.Н., Исайчев В. И. // Диффузия в металлах и сплавах: Справочник. Киев: Наукова думка, 1986. 565 с.
- Константы взаимодействия металлов с газами: Справ, изд. Коган Я. Д., Колачев Б. А., Левинский Ю. В. и др. М.: Металлургия, 1987. — 368 с.
- Valori R. Popgoshev D., Hubler G.K. Ion Implanting Bearing Surfaces for Corrosion Resistance // J Lubrication Technology Trans of the ASME. 1983. V. 105. p. 534−541.
- Суворов А.Л. Автоионная микроскопия радиационных дефектов в металлах. М.: Энергоиздат, 1982. 167 с.
- Климович Б.В., Нелаев B.B. Моделирование радиационных дефектов методом молекулярной динамики.// Физика и химия обработки материалов № 2 1991. с. 34−38.
- Бойко В.И., Кадлубович Б. Е., Шаманин И. В. Влияние дефектности структуры металлов на профиль расперделения внедренных ионов.// Физика и химия обработки материалов М 3 1991. с. 56−61.
- Ноздрин В.Ф., Умеренко С. М., Губенко С. И. О механизме упрочнения металлов при сверхглубоком проникновении высокоскоростных частиц.// Физика и химия обработки материалов № 6 1991. с. 73−79.
- Соловьева А.Е., Диасалидзе Э. М., Марков B.JI. Структурные изменения в поликристаллическом оксиде скандия при ионном облучении.// Физика и химия обработки материалов № 6 1991. с. 80−86.
- Углов A.A., Константинов С. Г. Численное моделирование тепловых процессов при обработке концентрированными потоками энергии покрытий и состыкованных материалов.// Физика и химия обработки материалов № 3 1995. с. 37−42.
- Пучкарева Л.Н., Ладыженский О. Б., Дураков В. Г. Исследование особенностей многоэлементной ионной имплантации с использованием композиционных катодов системы .// Физика и химия обработки материалов № 6 1995. с. 32−37.
- Пучкарева Л.Н., Ерохин Г. П. Ладыженский О.Б. Модификация поверхности металлов многокомпонентными пучками ионов.// Физика и химия обработки материалов № 6 1995. с. 37−49.
- Костерин K.B. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой: адатомные механизмы и возможная роль фононов.// Физика и химия обработки материалов № 3 1995. с. 43−48.
- Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г. С. Найвельт, К. Б. Мазель, Ч. И. Хусаинов и др.- Под ред. Г. С. Найвельта. М.: Радио и связь, 1985. — 576 е., ил.
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 2-х т. Пер. с англ. М.: Мир, 1986.-598 е., ил.
- Попов А.И. Повышение работоспособности минерало-керамических режущих пластин путем ионной модификации их трущихся поверхностей. Дис., к.т.н.- 05.03.01 С.-Пб., 1996. — 233 с.
- McCenna С.М. Farady Cup Design for Ion Implantation.//Springer Series in Electrophysics. № 10. Ion Implantation techniques. Berlin: SpringerVerlag, 1982. — P. 73−103.
- McCenna C.M. High Current Dosimetry Techniques// Radiation Effects. -1979.-Vol. 44.-P. 47.
- Иванников B.A. Разработка процесса плазменного напыления покрытий на внутренние поверхности деталей машин, дисс. к.т.н. Воронеж, 2000. -157с., ил.
- Парфенов В.Д. Повышение эффективности процессов резания совершенствованием условий получения и эксплуатации инструмента с покрытиями: дисс. к.т.н. Тюмень, 2000. 184 е., ил.
- Смирнов М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий: дисс. к.т.н. Ульяновск, 2000. 232 е., ил.
- Стариков A.B. Повышение работоспособности инструмента из быстрорежущей стали с предварительным упрочнением на основе исследования эволюции субструктуры его контактных поверхностей: дисс. к.т.н. Иваново, 1999. — 168 е., ил.-109
- Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М.: Машиностроение, 1987. — 304 с.
- Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. Новосибирск: Наука, 1990. 306 с.
- Ким В. А. Повышение эффективности упрочняющих технологий за счет резервов структурной приспосабливаемости режущего инструмента: дисс. д.т.н. Благовещенск, 1994. — 441 с.
- Табаков В.П. Повышение эффективности режущего инструмента путем направленного изменения параметров структуры и свойств материала износостойкого покрытия: дисс. д.т.н. Ульяновск, 1995. — 532 с.
- Бельский С.Е., Тофпенец Р. Л. Структурные факторы эксплуатационной стойкости инструмента. Минск: Наука и техника, 1984. — 128 с.
- Геринг Г. П., Калистратова Н. П., Полещенко К. Н., Овчар З. Н. //Современная электротехнология в машиностроении.: Сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции. Тула: ТулГУ. 1997. с. 221−223.- 110
- ПРЙЛОЖЕНИЕ 1. Принципиальная электрическая схема источника питания плазмотрона.