ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Метод конденсации вещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ) основан на генерации вещества катодным пятном вакуумной дуги. Подача в вакуумное пространство реагирующих газов (азота, аргона, метана и др.) в условиях ионной бомбардировки приводит к конденсации покрытия на рабочих поверхностях режущего инструмента благодаря протеканию плазмохимических реакций.

Все процессы испарения, плазмохимических реакций, ионной бомбардировки и конденсации покрытия происходят в вакуумной камере, металлический корпус которой служит анодом. Характерной особенностью метода КИБ является высокая химическая активность испаряющегося материала, который состоит из ионизированного потока низкотемпературной плазмы. Конденсат в процессе осаждения покрытия подвергается интенсивной бомбардировке ионами испаряемого вещества, что приводит к его частичному распылению и повышению температуры в зоне формирования покрытия. В результате резко возрастает подвижность атомов на поверхности инструмента, происходит активация химической реакции между конденсатом и компонентами реакционной газовой смеси.

Еще одной особенностью процесса КИБ является возможность ускорения ионного потока путем создания отрицательного заряда (относительно корпуса камеры) на режущем инструменте. Высокая плотность энергии в катодном пятне позволяет испарять любые электропроводящие материалы, в том числе тугоплавкие металлы IV - VI групп периодической таблицы.

КИБ является совокупностью двух последовательно протекающих процессов - ионной бомбардировки и конденсации покрытия. Для достижения больших плотностей ионного потока в некоторых вариантах ионно-плазменных установок используют специальные плазмооптические устройства, называемые холловскими эрозийно-плазменными ускорителями. Ускорители позволяют эффективно управлять как скоростью, так и плазменно-физическими характеристиками ионного потока.

Важнейшим элементом технологии нанесения любых покрытий является подготовка рабочих поверхностей режущего инструмента.

Качество подготовки во многом определяет качество самого покрытия, прочность его сцепления с инструментальной матрицей. Недостаточно тщательная подготовка режущего инструмента перед нанесением покрытия может привести к браку изделия. Наиболее часто встречающимся браком изделия вследствие плохой подготовки инструмента является отслаивание покрытий и, как следствие, низкая эффективность.

Технология подготовки инструмента перед нанесением покрытия включает ряд последовательных операций. В любом случае большое внимание следует уделять очистке поверхности инструмента с тем, чтобы его рабочие части были химически и механически чистыми. При этом исключается наличие окалины после термической обработки, образование коррозионных и оксидных пленок посторонних включений в виде масла и других загрязнений, а также дефектов поверхности инструмента в виде раковин, трещин, задиров и т.д.

Для метода КИБ главная цель предварительной обработки инструмента - это удаление загрязнений. Наличие их на режущем инструменте при вакуумизации приведет к загрязнению вакуума, нарушению нормального хода технологического процесса и получению покрытия низкого качества с очень плохой адгезией инструментальной матрицы. Особенно сильное влияние на качество покрытий оказывает структура поверхности инструментов из быстрорежущей стали. В частности, практически невозможно наносить покрытия на поверхности, на которых сохранилась окалина после термической обработки. В настоящее время покрытия КИБ наносят исключительно на шлифованный инструмент из быстрорежущей стали. При этом на качество покрытия большое влияние оказывает исходное качество поверхности после шлифования, также отношение радиуса скругления вершин и режущих кромок к толщине покрытия.

В зависимости от состояния рабочей поверхности инструмента и других причин выбираются следующие способы механической обработки: шлифование, матирование, полирование, галтовка, крацевание, абразивно-струйная и гидроабразивная обработка.

Для шлифования и полирования инструмента используют следующие абразивы: карбокорунд, наждак, кремнезем, крокус, венскую известь и оксид хрома. Шлифование применяется для сглаживания грубых неровностей, выступов и шероховатостей рабочих поверхностей инструмента до VI-X класса шероховатостей (ГОСТ 2789-73). Шлифование подложек с помощью эластичных абразивных кругов осуществляется на одно- и двухшпиндельных станках, при этом применяются круги из войлока, сукна, х/б тканей и кожи с нанесенным на них абразивом. Войлочные круги используются для последовательных стадий шлифования. Фетровые круги применяют для высокодисперсных абразивов, особенно когда необходимо сохранить сложную форму с плоскими и острыми гранями.

Матирование поверхности применяется перед декоративным полированием подложек и иначе называется засалкой, так как круг, предназначенный для этой цели, смазывается говяжьим салом, техническим маслом, стеарином и т.п.

Полирование поверхности подложек проводится на том же самом оборудовании, что и шлифование абразивными кругами и лентами. Иногда эти круги не прошивают, а набирают в виде пакета из дисков разных тканей: фланели, полотна, сукна, бязи. Такие мягкие круги используют для декоративной полировки с высокой степенью блеска не только подложки, но и поверхности нанесенного на нее металлического слоя.

Галтовка-ускоренный метод шлифования, матирования или полирования металлических подложек, имеющих плоскую, или сложную форму и относительно мелкие размеры, - осуществляется для обкатки деталей (среда абразивные материалы) в барабанах или галтовочных колоколах. В барабанах, которые вращаются вокруг своей горизонтальной оси с частотой вращения 10-50 об/мин, обычно обрабатывают плоские детали. В колоколах, вращающихся вокруг вертикальной оси с частотой вращения 20-60 об/мин, шлифуются детали или полируются с более сложной формой - с резьбой и т.п. В результате перемещения и взаимного трения подложек и абразивных материалов с поверхности деталей снимается тонкий слой главным образом выступающих частей.

Крацевание проводится с целью подготовки (в основном очистки поверхности подложек при помощи специальных щеток дискового типа, смонтированных на валу электродвигателя и специального крацевального станка. При крацевании от поверхности отделяются заусенцы, окалина и т.п.

Абразивно-струйная обработка поверхности мощной струей сжатого воздуха, который захватывает абразивный материал (металлический песок, чугунные опилки, шлифовальные порошки и др.) и с большой скоростью направляет на поверхность подложки. Ударяясь, абразив очищает ее от всех загрязнений и придает ей равную шероховатость. Из-за появившихся в большом количестве микрократеров поверхность становится матовой, что способствует прочному сцеплению подложки с покрытием.

Гидроабразивная обработка поверхности подложки проводится струёй суспензии, состоящей из воды и абразивных материалов. При этом полностью отсутствует пыль, в связи с чем в качестве абразива может использоваться наряду с другими кварцевый песок. Водная суспензия подается самотеком из напорного бака в распылительную головку, к которой подводится сжатый воздух под давлением
(50-60)10 ⁴ Па. Смесь суспензии с воздухом с большой силой выбрасывается из сопла на поверхность подложки.

После механической обработки необходимо провести химическую очистку поверхности. Чистота поверхности достигается последовательным применением уайт-спирита, бензина, ацетона и спирта.

Правильно подобранные методы механической очистки поверхностей инструмента в совокупности с химической обработкой позволяют получить покрытие высокого качества, что в совокупности с оптимальной схемой нанесения его на инструмент повысит его стойкость в 2-4 раза.