Исследование влияния параметров вакуумного конденсационного напыления покрытий на температуру обрабатываемой детали
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-2-47-57Ключевые слова:
термическое испарение, полые детали, параметры напыления, конденсационное хромированиеАннотация
Проведены исследования влияния параметров вакуумного конденсационного напыления металлического покрытия с использованием стержневого резистивного испарителя на температуру полой детали во время формирования на поверхности отверстия слоя покрытия.
Показано, что источниками нагрева обрабатываемой детали является тепловое излучение испарителя и теплота конденсации пара напыляемого металла.
В общем случае соотношение величин теплового потока излучения испарителя и потока теплоты конденсации зависит от природы конденсируемого вещества и параметров напыления. Установлено, что при типичной технологии конденсационного хромирования стальной детали основной вклад в ее нагрев вносит тепловое излучение испарителя – 85-97 %; в меньшей степени деталь нагревается за счет теплоты конденсации хрома – 15-3 %.
Проанализированы следующие параметры напыления, которые в разной степени влияют на тепловое состояние детали: начальный диаметр стержневого резистивного испарителя dисп0, температура испарителя Тисп, продолжительность нанесения покрытия tнан, начальная температура конденсации Тконд0, диаметр нагревателя Dнагр, температура нагревателя Тнагр, диаметр отверстия Dвн.дет, наружный диаметр детали Dдет.
В результате исследований теплового состояния детали в процессе напыления конденсационного хромового покрытия, выполненных с применением метода математического моделирования, вычислены наиболее значимые параметры, определяющие рост температуры детали Тдет: а) температура испарителя Тисп и б) начальная температура конденсации Тконд0 покрытия.
При изменении на 1 % наиболее значимого параметра – температуры испарителя Тисп – рост температуры детали Тдет в течение продолжительного времени формирования покрытия составляет от 0,44 до 1,18 %. Влияние второго значимого параметра – начальной температуры конденсации Тконд0 – на рост температуры детали несколько меньше. При этом степень влияния этого параметра при тех же условиях напыления покрытия постепенно уменьшается от 0,77 до 0,31 %. Роль других исследованных параметров напыления в изменении температуры детали малосущественна.
Одним из рациональных путей уменьшения нежелательного перегрева детали во время конденсации покрытия является интенсификация технологических режимов напыления. За счет выбора максимально возможной температуры испарения Тисп достигается высокая скорость испарения Vисп напыляемого материала, и вследствие этого обеспечивается высокая скорость конденсации Vконд, сокращается продолжительность формирования покрытия требуемой толщины, а также снижается тепловая нагрузка на обрабатываемую деталь.Библиографические ссылки
Bergter M., Bergmann E., Stouder D. PVD-Schichten fur Maschintnelemente. Z. Metall, 43 Jahr-gang, 1989, Heft 7, pp. 631-635.
Будовских Е. А., Громов В. Е., Романов Д. А. Механизм формирования высокой адгезии электро-взрывных покрытий с основой металла // Доклады Академии наук России. 2013. Т. 449, № 1. С. 25–27.
Особенности формирования мезоструктуры покрытий при напылении электровзрывным методом / Д. А. Романов, В. Е. Громов, Е. А. Будовских, С. В. Панин // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 2. С. 15–19.
Лернер М. И. Современные технологии полу-чения наноразмерных материалов. Томск : ТПУ, 2007. 76 с.
Vorozhtsov A., Rodkevich N., Lerner M., Zhukov A., Bondarchuk S., Dyachenko N. Metal nanoparticles in high-energetic materials practice. Int. J. Energetic Materials and Chemical Propulsion, 2017, vol. 16, pp. 231-241.
Механизм формирования границы раздела покрытие – подложка при обработке проводников плазмой электрического взрыва / В. Д. Сарычев, С. А. Невский, Д. А. Романов, А. Ю. Грановский, А. Д. Филяков, К. В. Соснин // Деформация и разрушение материалов. 2018. № 11. С. 2–6.
Сидоренко В. И., Фефилов К. П. Тепловое состояние поверхности конденсации при нанесении металлических покрытий // Вестник ИжГТУ. 2000. № 1. С. 21–22.
Сидоренко В. И., Штенников И. В. Математическая модель теплового состояния основы в процессе вакуумного хромирования полых деталей // Интеллектуальные системы в производстве. 2017. Т. 15, № 2. С. 71–76. DOI: 10.22213/2410-9304-2017-2-71-75.
Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М. : Энергоатомиздат, 1990. 367 с.
Ройх И. Л., Колтунова Л. Н., Федосов С. Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме. М. : Машиностроение, 1976. 368 с.
Мовчан Б. А., Малашенко И. С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. Киев : Наукова думка, 1983. 232 с.
О причинах изменения температуры пленок в процессе конденсации их в вакууме / В. А. Буравихин [и др.] // Физика металлов и металловедение. 1970. Т. 29, № 6. С. 1314–1315).
Свойства элементов : в 2 ч. Ч. 1. Физические свойства / под ред. Г. В. Самсонова. М. : Металлургия, 1976. 600 с.
Излучательные свойства твердых материалов / под ред. А. Е. Шейндлина. М. : Энергия, 1974. 427 с.
Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент / под ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. М. : Энергоатомиздат, 1988. 560 с.
Сидоренко В. И., Штенников И. В. К вопросу о слоистом строении вакуумных конденсатов хрома // Вестник ИжГТУ. 2007. № 1 (33). С. 50–53.
Смитлз К. Дж. Металлы. М. : Металлургия, 1980. 447 с.
Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М. : Энергоатомиздат, 1990. 367 с.
