Оборудование и технология комплексной вакуумной ионно-плазменной модификации поверхности конструкционных сталей

НАЗНАЧЕНИЕ

Технология предназначена для упрочнения поверхности конструкционных сталей и может быть использована для обработки взаимодействующих поверхностей пар трения деталей машин и механизмов, работающих в условиях больших динамических нагрузок, например, для повышения контактной прочности зубчатых колес и износостойкости валов, втулок, штоков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Сущность технологии состоит в том, что в едином технологическом цикле с использованием оригинального плазмогенератора и электродугового испарителя на поверхности детали из конструкционной стали формируется трехслойная износостойкая композиция, состоящая из двухфазной зоны внутреннего азотирования и зоны мелкодисперсного покрытия нитридов либо карбонитридов металлов переходной группы, например, TiN.

Наличие двухфазного азотированного подслоя обеспечивает высокую адгезию TiN покрытия с подложкой, формоустойчивость подложки в контакте с контртелом в процессе трения, термостойкость. В результате комплексной ионно-плазменной обработки поверхности деталей из конструкционных сталей они приобретают повышенную износо- и коррозионную стойкость.

Эффективность применения предлагаемой технологии можно проиллюстрировать на примере конструкционной стали 40Х (C - 0,40%; Cr - 1,0%; Mn - 0,5-0,8%; Si - 0,17-0,37%). На графиках приведены результаты измерения микротвердости образца стали 40Х, подвергнутого ионно-плазменной обработке по разработанной технологии, а также результаты измерения износостойкости образцов стали 40Х, подвергнутых различным видам обработки. Испытания на износ проводили на лабораторной машине трения ИП-3 без смазки по схеме "ротор-плоский образец" при контактной нагрузке 200 H и скорости скольжения 0,36 м/с. Критерием износа являлась потеря веса исследуемого образца. Испытания показывают, что модификация поверхности стальных образцов по разработанной технологии позволяет увеличить их микротвердость в 3-4 раза, а износостойкость - в 4-5 раз.

Профиль микротвердости образца стали 40Х, подвергнутого ионному азотированию в несамостоятельном дуговом разряде и ассистированному плазмой напылению TiN покрытия.

Зависимость износа поверхностных слоев стали 40Х от времени испытания в условиях сухого трения после обработки различными способами:
a - закалки, b - ионного азотирования,
c - напыления TiN покрытия,
d - комплексной обработки по разработанной технологии.

ОСНОВНЫЕ ОТЛИЧИЯ

В отличие от известных технологий вакуумной ионно-плазменной модификации поверхности, предлагаемая технология позволяет создавать в едином вакуумном технологическом цикле протяженные многослойные твердые структуры на конструкционных сталях, обладающих повышенной износостойкостью, что не достигается применением альтернативных технологий.

АНАЛОГИ

Оборудование, на котором реализуются вакуумные ионно-плазменные технологические процессы по модификации поверхности, выпускается, например, фирмой "Balzers". На этом оборудовании, после его соответствующей модернизации, могут быть реализованы и технологии, аналогичные предлагаемой.

ЗАЩИЩЕННОСТЬ РАЗРАБОТКИ

В настоящее время ведется патентование технологии и оборудования.
Имеются "ноу-хау" на технологические процессы и элементы оборудования.

УРОВЕНЬ РАЗРАБОТКИ

Закончены научно-исследовательские работы по предлагаемой технологии.
Ведется изготовление пилотной установки для реализации в промышленности.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОТРУДНИЧЕСТВУ

Предлагаются следующие виды сотрудничества:

• продажа разработанного оборудования и технологии;
• совместное доведение разрабатываемой технологии и оборудования до промышленного уровня;
• организация совместного производства и продажи продукции, обрабатываемой по предлагаемой технологии.

Возможны и другие формы сотрудничества.