Немного о покрытиях
Широкое развитие промышленности машиностроения послужило толчком к развитию материало- и энергосберегающих технологий. Условия работы деталей машин во многих случаях характеризуются высокими механическими и тепловыми нагрузками, наличием в сопряжённом пространстве химически агрессивных сред, что обуславливает необходимость разработки новых конструкционных материалов. Однако данные разработки не могут в полной мере решить задачи современного машиностроения, хотя это и приводит к улучшению эксплуатационных характеристик сталей и сплавов; дело в том, что такой путь развития машиностроения ориентирован на использование значительного количества крайне дефицитных материалов, таких как хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам. И зачастую задача повышения ресурса изделия в машиностроении не предусматривает качественного изменения его структурного состава во всём объёме, переносится на лишь видоизменение поверхностного слоя материала. И не удивительно, что спрос на качественные технологии поверхностного упрочнения постоянно растёт. Всё более расширяется ассортимент изделий с покрытиями различной функциональной направленности.В промышленном производстве применяют разнообразные методы упрочнения. Высокая эффективность этих методов обуславливает перспективность их использования в различных отраслях промышленности. Однако при всём разнообразии существующих методов поверхностного упрочнения довольно сложно обосновать и, таким образом, остановить свой выбор на наиболее приемлемом методе. Такой выбор определяется не только техническими условиями на эксплуатацию изделия, но и рядом прочих, немаловажных факторов технологического исполнения: собственно химический состав обрабатываемого материала, его технологическая совместимость с особенностями процесса поверхностного упрочнения.
Например, для инструмента, прошедшего отпуск при температуре 180-200°С, в основном используется локальная закалка, электроискровое легирование или упрочнение в высокочастотной плазме при нормальном атмосферном давлении.
Методы химического осаждения из газовой фазы применимы только для нанесения покрытий на твёрдые сплавы, так как температура нагрева покрываемого изделия составляет 750-1050°С.
Химико-термическую обработку применяют как при высоких (от 900°С и более), так и при относительно низких (450-600°С) температурах.
Вакуумно-дуговое или магнетронное нанесение покрытия применимо для инструмента или оснастки, работающих при температуре 280-500°С. Материалом таких изделий могут быть твёрдые сплавы, инструментальные быстрорежущие или высокохромистые стали, либо – комплексно-легированные стали.
Каждый из приведённых методов имеет свои преимущества и недостатки, и они исследуются и разрабатываются для использования в более широких объёмах производства. Упрочнение, как составная часть обработки поверхностей, имеет большой опыт развития, но только в последнее время с появлением разнообразного компьютерного обеспечения, появилась возможность реализации смелых технологических решений.
Зачем применяют покрытие? (юмор и покрытие)
«...Представьте, что вы хотите съехать с горки, покрытой пластиком. Допустим, вы решили эту задачу, сев штанами прямо на пластик. Так как коэффициент трения между штанами и пластиком достаточно велик, ваша дальность заезда не доставит вам удовлетворения. Кроме того, если скорость спуска велика, штаны можно элементарно сжечь из-за того же коэффициента трения. И совсем плохо будет, если на горке есть неровности, задиры или сколы. Можно представить, в какое состояние придут ваши штаны.Но если вы решите использовать для спуска лист пластика, металла или фанеры, просунув его между поверхностью горки и штанами. Лист существенно снизит коэффициент трения и защитит ваши штаны, сыграв роль ПОКРЫТИЯ. Более того, дальность Вашего заезда будет существенно длиннее.
По тем же законам работает изделие с ПОКРЫТИЕМ при взаимодействии с другим изделием. Это может быть фреза и деталь, поршень и цилиндр, и многое другое...»
Резюме: МЫ ПОМОГАЕМ ВАМ СОХРАНИТЬ ВАШИ «ШТАНЫ»!!!
PVD (physical vapour deposition) – основная технология нанесения покрытий на режущий инструмент
Вакуумно-плазменный метод нанесения функциональных покрытий имеет широкое применение в различных областях промышленности, особенно в экономически развитых странах. В последнее время основные производители оборудования для нанесения покрытий всё большее внимание стали уделять данному методу. Всё большее количество выпускаемого оборудования основано на нём. Это говорит о том, что этот метод в настоящее время наиболее востребован и экономически оправдан, и позволяет наносить покрытия очень высокого качества.Почему же эта технология стала одной из самых распространённых в области покрытий? (популярно о технологии)
Вкратце расскажем о вакуумно-плазменной технологии нанесения покрытий.Изделие (обычно изготовленное из стали) помещают в вакуумную камеру. После откачки до определённого вакуума, изделие нагревают и далее наносят необходимое покрытие с помощью устройств, встроенных в камеру. В зависимости от поставленной задачи, основной материал покрытия может состоять из титана, хрома, алюминия, вольфрама либо их сплавов. Металл испаряется и переносится с большой энергией на изделие, попутно соединяясь с различными газами, образуя на поверхности тонкую плёнку нитридов, карбидов или оксидов вышеперечисленных металлов.
Как и любой другой, классический метод вакуумно-дугового напыления, взятый за основу нашей технологии имеет свои плюсы и минусы.
Осаждаясь на поверхности изделия, они существенно снижают качество покрытия. Эта проблема оставалась долгое время неразрешённой и сдерживала применение данной технологии.
Остановимся на достоинствах предлагаемой вашему вниманию технологии.
- Высокая энергия осаждаемых частиц позволяет получить небольшой диффузионный слой между самим изделием и покрытием. Этот слой образуется путём внедрения осаждаемых частиц в покрываемое изделие. Это способствует высокой сцепляемости покрытия с изделием. А сцепляемость (адгезия) – это один из самых важных факторов при оценке качества любого покрытия.
- Второе преимущество технологии вытекает из первого. Имея большую энергию осаждаемых частиц, чем, например, при магнетронном методе, мы можем получать высокую адгезию покрытия к изделию, температура которого в момент процесса нанесения покрытия может быть существенно ниже, чем при проведении процесса нанесения магнетронным методом.
- Возможность нанесения равномерного покрытия на детали сложной формы имеет существенное значение в технологиях покрытия. Вакуумно-дуговая технология имеет определённое преимущество в этом аспекте перед другими аналогичными технологиями. Процесс вакуумно-дугового осаждения образно можно сравнить с обычным процессом покраски изделия краскопультом.( фото плазмы) Имеется источник, испускающий направленный поток частиц, которые осаждаются на нём. Для получения равномерного покрытия с необходимых сторон изделие вращают. В нашем случае для получения более равномерного покрытия кроме вращения изделия используют сразу несколько источников, расположенных с разных сторон изделия. Причём, диапазон расстояний от источника до детали довольно широк. Кроме того, имеется возможность управления направлением потока осаждаемых частиц.
Но, всё же, основные силы производителей и разработчиков вакуумно-дугового оборудования направлены на разработку методов уменьшения капельной фазы. Постоянно ведутся работы по усовершенствованию систем катодов-испарителей, разнообразные конструкции которых позволяют существенно снизить капельную составляющую. Однако при всём совершенстве существующих систем катодов невозможно полностью убрать капельную фракцию.
Сепарация плазменного потока
В настоящее время можно выделить два основных направления, которые выбрали фирмы в решении задачи удаления капель.Такие известные фирмы как BALZERS, ION BOND, оригинально решили данный вопрос. Была разработана технология по снятию капель уже с нанесённого покрытия на изделия. Принятое решение достаточно оправдано в связи с тем, что при использовании новых модификаций катодов-испарителей количество капель, осаждаемых на поверхности изделия, не велико, и снятие капель с поверхности изделия почти не приводит к нарушению функциональных свойств и сплошности покрытия.
Однако в этом решении есть спорные моменты. Дело в том, что капли, осаждающиеся на поверхности изделия в процессе напыления (см фото) мешают образованию сплошного покрытия. При их удалении образуются пустоты. Поверхность становится менее гладкой. Особенно это заметно в тех случаях, когда поверхность изделия высокого класса точности. И, как следствие, разрывы в покрытии приводят к некоторым потерям функциональных свойств.
Появилось решение качественного улучшения покрытий, наносимых вакуумно-дуговым методом - сепарирование. Сепарирование плазменного потока приводит к практически полному удалению капельной фракции. Сепараторы могут различаться по формам и физическим методам. Основное устройство сепарирования совмещает механическое удаление капель и сепарацию с помощью электромагнитных полей.
Сложность сепарирования заключается в том, что при сепарировании снижается скорость нанесения покрытия. Именно этот факт, видимо, явился основанием многих ведущих фирм-производителей, которые используют покрытия с капельной фазой.
Доходчиво о сепараторах и покрытии (с точки зрения домохозяек)
Вы приходите домой и теряете дар речи. Ваши дети ссыпали в большую кастрюлю разнообразные крупы, припасённые Вами. Горох, пшено, рис-все ссыпано вместе.Не беспокойтесь. Возьмите набор сит с различными по размеру ячейками. О, чудо! Оказывается, довольно просто рассортировать всё это безобразие. Сейчас крупы радуют глаз. На поверхности сита лежит ровненько, один к одному, например, горох. Вот и ПОКРЫТИЕ после СЕПАРАЦИИ такое же ровное и красивое.