Исследование влияния теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода

Щуренкова, Светлана Александровна

Исследование влияния теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Щуренкова, Светлана Александровна АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование влияния теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода»

Автореферат диссертации на тему "Исследование влияния теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода"

На правах рукописи

Щуренкова Светлана Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАТОДНОЙ ОБЛАСТИ ВАКУУМНОЙ ДУГИ НА ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ КАПЕЛЬНОЙ ФАЗЫ В ПРОДУКТАХ ЭРОЗИИ КАТОДА

Специальность: 01.04.14. - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005050946

^¡Л^--

Москва-2012

005050946

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Марахтанов М.К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Панфилов Ю.В. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

кандидат технических наук, доцент Павлов А.Ю.

(ООО НПО «Защитные покрытия»)

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт авиационных материалов

Защита состоится 19 декабря 2012 г. в 14 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.141.08 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Лефортовская наб., д.1., корпус факультета «Энергомашиностроение» МГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Учёному секретарю диссертационного совета Д 212.141.08.

Автореферат разослан «_» ноября 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного сове; кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Технология вакуумно-дугового осаждения защитных покрытий активно развивается во многих странах мира, среди которых Россия, США, Швейцария, Германия, Франция, Япония и Китай, производятся современные вакуумно-дуговые установки, открываются промышленные участки по осаждению покрытий. Такой спрос на вакуумно-дуговые установки обусловлен тем, что вакуумно-дуговые износостойкие покрытия обладают высокой твердостью (2040 ГПа), теплостойкостью, низким коэффициентом трения, коррозионной стойкостью, высокой адгезией покрытия к основе. Применение износостойких покрытий позволяет увеличить срок службы режущего инструмента в 2-12 раз, использовать повышенные режимы работы инструмента, а так же обрабатывать особо прочные сплавы (в том числе и жаропрочные ЭИ893, ЭИ929 ЖС6К, ЭП539Л, ЦНК7РС).

При всем этом качество защитных покрытий может существенно отличаться в зависимости от конструкции вакуумно-дуговых испарителей. У метода вакуумной дуги есть основной недостаток, который к настоящему времени так и не удалось устранить без существенных потерь в производительности работы испарителя - это наличие капельной фазы в продуктах эрозии катода. Капельная фаза является определяющим минусом вакуумно-дугового разряда и приводит к существенному снижению рабочих свойств покрытий. В дополнении к этому, до настоящего времени не разработано объективных критериев оценки параметров капельной фазы в покрытиях и рекомендаций по ее корректировке.

Таким образом, актуальность темы данной диссертации обусловлена двумя следующими положениями. Во-первых, она связана с необходимостью создания современных вакуумно-дуговых испарителей с пониженным содержанием капельной фазы в продуктах эрозии катода, позволяющих получать качественные защитные покрытия, которые могут быть конкурентоспособны на мировом рынке подобных технологий и оборудования. Во-вторых, системное исследование дисперсного состава капельной фазы в продуктах эрозии катода и причин, влияющих на ее параметры, позволит сформулировать объективные критерии оценки капельной фазы в покрытиях и дать рекомендации по ее корректировке.

Целью работы явилось исследование влияния параметров разряда, теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги и скорости движения катодного пятна на параметры капельной фазы в покрытиях, определение способов регулирования капельной фазы, исследование катодной области вакуумной дуги, детальное изучение, сравнительный анализ и классификация капельной фазы в покрытиях.

Для достижения указанной цели были решены следующие задачи: 1) проведены подробные исследования и классификация капельной фазы в титановых и нитрид титановых покрытиях, установлены форма и размеры капель, проведена классификация капель по трем группам. Разработан статистический подход к определению параметров капель,

образовавшихся в нанесенном покрытии. Его результатом явился ряд гистограмм и аналитическое выражение распределения капель по диаметрам. Выполнен сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях ТОТ, полученных методом вакуумно-дугового осаждения на 3 современных промышленных РУБ-установках при одинаковых физических параметрах. Для каждой установки найдено распределение капель по размерам, число капель каждого размера на единицу площади;

2) проведены исследования движения катодного пятна в поперечном магнитном поле, получена эмпирическая формула для скорости движения катодного пятна. Установлена зависимость параметров капельной фазы от скорости движения катодного пятна;

3) исследованы физические параметры вакуумно-дугового разряда. Установлено влияние величины тока разряда на количество катодных пятен вакуумной дуги и параметры капельной фазы в покрытиях. Получены вольтамперные характеристики вакуумно-дугового разряда в зависимости от индукции внешнего магнитного поля;

4) проведены исследования теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги. Получено распределение температуры по толщине катода, установлено влияние температуры катода на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода;

5) исследованы автографы катодного пятна на массивном катоде. Определены размеры, форма, глубина и структура кратеров, проведена их классификация, зафиксирован след от траектории движения катодного пятна. Установлена зависимость размеров капель в продуктах эрозии катода от размеров эрозионных кратеров;

6) разработан торцевой вакуумно-дуговой испаритель с управляемой траекторией движения катодного пятна и минимизацией капельной фазы. Проведены испытания, отлажены режимы работы.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1) проведена классификации капель в покрытии, детально исследованы размеры, форма и физические особенности для каждого типа капель;

2) проведена классификация эрозионных кратеров катодного пятна, для каждого типа кратера установлены размеры, глубина и физические особенности;

3) установлена численная зависимость размеров и количества капельной фазы в покрытиях от параметров разряда, теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги и скорости движения катодного пятна;

4) установлена зависимость размеров капель в покрытии от размеров эрозионных кратеров на катоде вакуумно-дугового испарителя;

5) проведены сравнительные исследования дисперсного состава капельной фазы в покрытиях, полученных на трех промышленных установках Р1аШ т -80, ННВ 6.6 И1, УВНИПА-1-002.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1) результаты статистического анализа дисперсного состава капельной фазы в покрытиях (гистограммы и аналитическое уравнение распределения капель по диаметрам);

-графики зависимости скорости движения катодного пятна от величины внешнего тангенциального к поверхности катода магнитного поля;

-эмпирическая формула для скорости движения катодного пятна; -графики зависимости относительной площади, занимаемой капельной фазой в покрытиях, от скорости движения катодного пятна;

3) результаты экспериментального исследования физических параметров вакуумно-дугового разряда и их влияния на катодные процессы вакуумной дуги:

-графики зависимости скорости движения катодного пятна от величины тока разряда;

-влияние тока разряда на количество катодных пятен и их скорости; -вольтамперные характеристики вакуумно-дугового разряда в зависимости от величины внешнего магнитного поля; -графики зависимости относительной площади, занимаемой капельной фазой в покрытиях, от величины тока разряда;

4) результаты исследования теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги:

-графики зависимости относительной площади, занимаемой капельной фазой в покрытиях, от температуры поверхности торца катода;

5) результаты исследования автографов катодного пятна на массивном катоде;

Достоверность результатов теоретических исследований обеспечивается использованием адекватных физико-математических моделей и хорошо зарекомендовавших себя программных продуктов, применяемых при расчётах, и сравнением полученных результатов с имеющимися литературными данными. Достоверность экспериментальных исследований гарантируется применением современных и хорошо апробированных методов и методик. Приведены оценки погрешности измерений.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что:

1) для различных типов режущего инструмента установлены технологические требования к допустимым размерам капельной фазы в покрытиях;

2) на примере трех современных промышленных вакуумно-дуговых установок определены критерии оценки качества покрытий по параметрам капельной фазы (число капель каждого размера на единицу площади, распределение капель по диаметрам). Даны технологические рекомендации по корректировки капельной фазы в покрытиях;

3) разработан торцевой вакуумно-дуговой испаритель с управляемой траекторией движения катодного пятна, отработаны режимы работы с минимизацией капельной фазы и высокой равномерностью выработки катода.

Полученные результаты исследований легли в основу разработки промышленного вакуумно-дугового испарителя с управляемой траекторией движения катодного пятна и пониженным содержанием капельной фазы в продуктах эрозии катода. Испаритель прошел испытание в промышленном цеху по нанесению покрытий ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» и был внедрен в производство в качестве основного узла серии промышленных вакуумно-дуговых установок МапоА11Стажг, предназначенных для нанесения широкого спектра защитных и триботихнических покрытий на режущий инструмент и детали машин. Испытания показали, что при использовании этого испарителя капельная фаза в покрытиях нитрида титана снижается в 5 раз по относительной площади, занимаемой каплями, по сравнению с дуговым испарителем с торцевым цилиндрическим катодом такого же диаметра и толщины без магнитного управления катодным пятном.

Личный вклад автора состоит в том, что представленные результаты получены автором или при его непосредственном участии. Автором лично проведены все описанные в работе эксперименты: получение образцов с покрытиями титана и нитрида титана; исследование движения катодного пятна в поперечном магнитном поле и влияния скорости движения катодного пятна на дисперсный состав капельной фазы в покрытиях; исследование физических параметров разряда, их влияния на катодные процессы вакуумной дуги и дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода; исследование теплофизических процессов и их влияния на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода; исследование автографов катодного пятна на массивном катоде, эксперименты по равномерности выработки катода. Автором работы лично проведены исследования покрытий и поверхности катода методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии, измерение толщины покрытий, определение тангенциальной к поверхности катода составляющей индукции магнитного поля, измерение параметров разряда. Диссертантом лично разработан универсальный метод определения дисперсного состава капельной фазы в покрытиях, получены расчетные модели для определения параметров капельной фазы, разработан статистический подход к определению параметров капель, получены две эмпирические формулы: формула для определения скорости движения катодного пятна, функция распределения капель по диаметрам. Автором лично проведено проектирование промышленного вакуумно-дугового испарителя с управляемой траекторией движения катодного пятна и минимизацией капельной фазы в покрытиях, а так же проведен его запуск и отладка режимов работы.

Апробация работы и публикации. Результаты работы представлялись и докладывались на III международной научно-технической конференции «Вакуумная техника материалы и технология», Москва, 2008 г., на 30-ом

заседании международного постоянно действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», Москва, 2008 г., на XVIII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов в РКК «Энергия», Королев, 2008 г., на VII международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 2011 г., на 34-ом заседании международного постоянно действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», Москва, 2012 г., на 14-й международной научно-практической конференции «Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика» Санкт-Петербург, 2012 г.

По результатам работы опубликованы 4 статьи в ведущих научных изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации основных результатов диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, кратко изложено содержание глав диссертации, сформулированы положения, определяющие новизну и практическую ценность полученных результатов.

В главе 1 проведен обзор и анализ современного состояния процессов генерации металлической плазмы в вакуумно-дуговом разряде и проблем повышения качества износостойких покрытий.

Проведен обзор современных установок, являющихся лидерами мирового рынка вакуумно-дугового осаждения защитных покрытий. Установлено, что проблема капельной фазы в покрытиях до сих пор остается определяющим минусом метода вакуумно-дугового осаждения, однако производители современных установок стремятся снижать размеры и количество капель в покрытиях, использую вакуумно-дуговые испарители с управляемой траекторией движения катодного пятна.

Рассмотрены теоретические основы физических процессов в катодной области вакуумной дуги, основные модели катодного пятна, проведен анализ недостатков метода вакуумно-дугового испарения и негативного влияния капель на износостойкость, трибологические и коррозионные свойства покрытий. Установлено, что капельная фаза приводит к несплошности покрытия, повышению вероятности образования трещин, снижению прочностных свойств, уменьшению коррозионной стойкости. С повышением содержания капельной фазы увеличивается количество макродефектов в покрытии (пористость, шероховатость), а также возрастает степень неоднородности физических свойств по поверхности и объему покрытия, связанная с различным химическим составом капель и самого покрытия. Капли

на поверхности покрытия приводят к увеличению шероховатости, повышению коэффициента трения и, как следствие, снижению износостойкости.

Проведен обзор ГОСТов на режущий инструмент, установлено, что чистота поверхности инструмента должна быть не ниже 8-10 классов, чему соответствуют параметры шероховатости Яа 0,63-0,16 мкм и Яг 3,2-0,8 мкм. Поэтому, чтобы удовлетворять требованиям инструмента к чистоте поверхности и собственным требованиям к качеству, покрытие не должно содержать крупных капель. Капли в покрытии должны иметь размер 0,2-0,8 мкм. Это требование ставит задачу исследования влияния физических процессов в катодной области вакуумной дуги, параметров разряда и конструктивных особенностей вакуумно-дугового испарителя на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода.

В главе 2 приведено описание используемого оборудования и методик исследования. Описана конструкция вакуумно-дугового испарителя с торцевым цилиндрическим катодом диаметром 130 мм, толщиной 30 мм, оснащенного магнитной системой, позволяющей осуществлять управление траекторией движения катодного пятна и работать при скоростях движения катодного пятна в диапазоне 0-30 м/с. Испаритель предназначен для работы в диапазонах тока дуги 60-160А, напряжений 20-35 В.

Образцы с покрытиями и поверхность катода исследовались методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии в диапазонах увеличения х300-х5000. Проводился анализ шлифов покрытий.

Для исследования катодного пятна использовалось два метода: метод скоростной съемки вакуумной дуги со скоростью съемки 100-10000 кадров/сек, а так же метод анализа «автографов» катодного пятна вакуумной дуги на массивном катоде.

В главе 3 описаны исследования параметров капельной фазы в тонкопленочных покрытиях.

Методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии проводились исследования характерных размеров и формы капель в покрытиях (рис.1). В результате чего капли в покрытиях были разбиты на 3 группы: мелкие, средние, крупные. Эти группы отличаются друг от друга размерами, формой, количеством капель в покрытие. Форма капель в покрытии варьируется от расплющенной, характерной для крупных капель, до сферической, присущей мелким каплям. Соотношение высота/диаметр для капель меняется от 0,1 до 1 в зависимости от их размера. Крупные капли (диаметр 6-100 мкм) имеют более расплющенную форму, иногда даже с провалом в срединной части, что более характерно для чистого "П, средние капли (диаметр 2-6 мкм) имеют форму близкую к сферическому сегменту, мелкие (диаметр 0,1-2 мкм) - сферическую форму.

Проводились исследования дисперсного состава и сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях, полученных на трех современных промышленных установках Р1аШ к -80, ННВ 6.6 И1, УВНИПА-1-002. Установлено, что 40-60% капель в покрытиях, имеет диаметры в диапазоне 0,40,5 мкм. Разработан статистический подход к определению параметров капель, образовавшихся в нанесенном покрытии, в результате которого были получены гистограммы распределения капель по диаметрам (рис. 2), а так же функция распределения капель по диаметрам в диапазоне диаметров капель 0,3-3мкм (1).

Рис.1. Капельная фаза в покрытиях: а-фотография покрытия титана, увеличение хЮОО, б- фотографии шлифов покрытий с чередующимися слоями Тотемные) и "П1чГ(светлые) при увеличении х5000 (представлены мелкие и средние капли)

у(х) = А^ В'+у0 (1)

Здесь А, у0 - безразмерный, или отношение двух одноразмерных величин, В - имеет размерность длины, А, В > 0;. Значения коэффициентов А, В, у0 представлены в таблице 1.

Таблица 1

Значения коэффициентов А, В, у0

Установка А В Уо

Р1а1й 185±14 0,42±0,027 0,53±0,86

ННВ 65±3,64 0,95±0,13 -1,64±2,00

УВНИПА 190±6,38 0,36±0,01 0,92±0,36

Сравнительный анализ покрытий трех установок показал, что суммарная площадь капель в покрытиях из нитрида титана, имеющих толщину порядка 3 мкм, занимает 7-15% от площади всего покрытия.

Установка Р1аШ і

ВЕЗ гистограмма распределения -функция аппроксимации

I Установка ННВ

ВИЗ гистограмма распределения — функция аппроксимации

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Диаметр капель, мкм

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2.2 2,4 2,6 2.8 3.0 Диаметр капель, мкм

0.4 0,6 0,8 1.0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2.4 2.6 2,8 3,0 Диаметр капель, мкм

Рис. 2. Гистограммы распределения капель по диаметрам вместе с функциями аппроксимации: образцы покрытий, нанесенные в установках РІаМ к -80, ННВ 6.6И1, УВНИПА-І-002

В главе 4 проведено исследование процессов эрозии материала катода и формирования потоков вещества в вакуумно-дуговом разряде.

С помощью скоростной съемки вакуумной дуги (скорость съемки 100 кадров в секунду, выдержка 10 мс) исследовалось движение катодного пятна в поперечном магнитном поле и влияние скорости движения катодного пятна на дисперсный состав капельной фазы в покрытиях. Для разряда в парах титана и в среде азота в диапазоне токов разряда 80-160А, значений индукции внешнего магнитного поля 0-13,7 мТл были получены графики зависимости скорости движения катодного пятна от величины тангенциальной к поверхности катода составляющей индукции магнитного поля (рис. 3). Было определено, что при значениях тангенциальной к поверхности катода составляющей индукции внешнего магнитного поля 0-13 мТл скорость движения катодного пятна составляет 6-20 м/с соответственно.

:—1— А

Ті • —»----

^---• » ■

é ' ,—в ■

г . в

' / А

1 1

Индукция магнитного поля, мТл |Гоки разряда: ■ 80А « 120А * 160А

Рис. 3. Зависимость скорости движения катодного пятна от величины тангенциальной к поверхности катода составляющей магнитного поля, разряд в

парах И

Выведена эмпирическая формула для скорости движения катодного пятна, позволяющая рассчитать скорость катодного пятна на титановом катоде, зная ток разряда и величину тангенциальной к поверхности катода составляющей индукции магнитного поля (2).

у(Вт)=к-Вт+с-1 (2)

Здесь к, с - коэффициенты, их значения приведены в таблице 2.

Таблица 2

Значения коэффициентов кис

Рабочая среда Ток разряда, А к с

Ті 80-160 0,50 0,05

ТІЙ 80-160 0,40 0,05

Установлено, что скорость движения катодного пятна состоит из двух составляющих: собственной скорости катодного пятна, которая пропорциональна току разряда и магнитной скорости катодного пятна, пропорциональной величине тангенциальной к поверхности катода составляющей индукции внешнего магнитного поля.

Исследовано влияние величины скорости движения катодного пятна на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода для разряда в среде азота (рис. 4) и в парах титана.

Рис. 4. Фотографии покрытий ТІК при увеличении (хЮОО) для трех режимов магнитного управления катодным пятном

Проведен статистический анализ капельной фазы в полученных покрытиях, установлено, что повышение скорости катодного пятна от 8 до 15 м/с снижает капельную фазу в титановых покрытиях в 1,5 раза, а в покрытиях нитрида титана в 5 раз по относительной площади, занимаемой каплями (рис. 5). Исследовано влияние величины тока разряда на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода для разряда в среде азота и в парах титана. Установлено, что при повышении тока разряда от 80 до 120 А капельная фаза в титановых покрытиях возрастает от 12 до 18 % процентов, а в покрытиях нитрида титана от 6 до 7 % по относительной площади, занимаемой каплями (рис.6).

а а 3 4

С 2

\' и...

-V -I- ...о- т г-?— —•

V |

X"-

ч_

^18

116 К

¡14

о:

І12

га

і 10

го

п д л"

I а.

_„_д___

------

| -— ТІМ -О- Ті

13 14

11 12 Скорость движения КП, м/с

100

Ток разряда, А

120

Рис. 5. Зависимость параметров капельной фазы в покрытиях от скорости движения катодного пятна

Рис. 6. Зависимость параметров капельной фазы в покрытиях от величины тока разряда

1 32

го

«28

ГО

2 24 ф

го | 20

І 16 о

§12 го

3 8

— і -

.........

■ О-'" ~—1-------- |-.-та о ти

___

- *

Проведено исследование влияния теплофизических процессов на дисперсный состав капельной фазы. Рассчитано распределение температуры по толщине торцевого конического титанового катода (диаметр основания катода 80 мм, толщина 35 мм) при работе в течение 10 мин, ток дуги 100 А, напряжение 25 В, температура охлаждающей воды 7 °С. Установлено, что температура титанового катода существенно возрастает с увеличением его толщины. Так, при толщине катода 6 мм средняя температура его торца составляет 79 °С, а толщине 35 мм соответствует средняя температура повышение средней температуры торца катода от 79 до 461 °С приводит к существенному увеличению относительной

площади, занимаемой каплями, с 22 до 36% в покрытиях титана, с 6 до 14% в покрытиях нитрида титана.

Проведено исследование автографов (следов) катодного пятна на массивном титановом катоде диаметром 76 мм толщиной 35 мм. Вакуумно-дуговой разряд горел в течение 0,5 с на поверхности катода, очищенной от следов предыдущих экспериментов, при следующих параметрах: ток разряда 100 А, напряжение 25 В. Исследования поверхности катода методами атомно-силовой и электронной микроскопии показали, что практически весь торец катода покрыт эрозионными кратерами (рис. 8). Наибольшая плотность

^ 100 200 300 400

Температура торца титанового катода, °С

Рис. 7. Зависимость параметров капельной фазы в покрытиях от температуры катода

кратеров наблюдалась в центральной части катода, размеры кратеров составляют от долей до сотен микрон.

Рис. 8. Микрофотографии поверхностей катода при увеличении х2000: на рисунке приведены размеры в мкм

Эрозионные кратеры предлагается разбить на два типа: одиночные и объединенные.

Одиночный кратер - кратер, имеющий одну замкнутую оплавленную границу и форму близкую к чаше.

Объединенный кратер - кратер, имеющий несколько оплавленных границ, неправильную форму, состоящий из нескольких одиночных кратеров.

Одиночные кратеры можно разбить на три основные группы: мелкие (размер от долей до 5 мкм), средние (размер 5-15 мкм), крупные (размер 15-40 мкм).

Для всех кратеров характерно следующее: -кратер имеет чашеобразную форму с оплавленными краями; -внутренняя поверхность кратера гладкая и однородная; -на оплавленных краях кратера всегда присутствует несколько застывших капель, размер которых увеличивается с ростом размера кратера;

-кратеры располагаются близко друг к другу или соединяются и образуют объединенный кратер;

-кратеры имеют пологую форму: для крупного кратера соотношение глубин а-диаметр 0,08; для средних кратеров) соотношение глубина-диаметр составляет 0,15 мкм.

Зафиксирован след от движения катодного пятна (рис. 9). Установлено, что катодное пятно движется скачками, оставляя после себя крупные объединенные кратеры, размеры которых характеризуются временем жизни катодного пятна. Установлена связь размеров капель в продуктах эрозии катода с размерами эрозионных кратеров на катоде. Показано, что крупные капли рождаются на

крупных объединенных кратерах, а мелкие и средние на одиночных мелких и средних кратерах

Рис. 9. След от движения катодного пятна

В главе 5 приведены эмпирические зависимости состава капельной фазы в покрытиях от тепловых и физических процессов в катодной области вакуумной дуги. Рассмотрены механизмы формирования капельной фазы. Установлено, что капли рождаются на катоде в области, прилегающей к катодному пятну, которая является местом встречи трех фаз: жидкой, твердой и плазменной. Эту область характеризует эрозионный кратер, размер которого, в свою очередь, характеризуют площадь, занимаемую жидкой фазой, а его оплавленная граница - это раздел жидкой и твердой фаз. Чем больше кратер - тем большую площадь занимает жидкая фаза, что говорит о более длительном времени жизни катодного пятна (КП). Укрупнение размера капель в покрытии связано с увеличением времени жизни КП и группировкой ячеек КП, или иными словами, со снижением скорости КП, что характеризуется на катоде крупными и объединенными кратерами. Уменьшение размера капель связано с уменьшением размера жидкой фазы в области КП, что означает уменьшение времени жизни КП, или возрастание скорости движения КП. Поэтому, чтобы уменьшать размер капель в покрытии, необходимо уменьшать размеры эрозионных кратеров, что можно делать за счет повышения скорости движения катодного пятна.

Определены характерные времена жизни и размеры эрозионных кратеров катодного пятна при токе дуги 100 А, напряжении 25 В, скорости движения катодного пятна 6 м/с. Установлено, что для кратеров диаметром 2,2-20,6 мкм характерные времена жизни катодного пятна составляют 60-5600 не.

Установлены основные способы снижения размера и количества капельной фазы в покрытиях, приведенные в таблице 3.

Таблица 3

Эмпирические данные по основным параметрам, влияющим на размер капельной фазы в покрытиях ТТЫ

Фактор влияния на капельную фазу; Оптимальный диапазон "Снижение капельной фазы

Использование соединений с азотом - в 2-4 раза

Температура поверхности катода (использование катодов толщиной менее 20 мм) 90-200 °С в 2 раза

Ток разряда 80-100 А в 1,4 раза

Скорость движения катодного пятна Величина тангенциального к поверхности катода магнитного поля более 15 м/с более 13,7 мТл в 5 раз

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведены исследования микроструктуры покрытий, определены размеры и форма капель, проведена их классификация. Разработан статистический подход к определению параметров капель, образовавшихся в нанесенном покрытии. Его результатом явился ряд гистограмм распределения капель по диаметрам и аналитическая зависимость, позволяющая рассчитать число капель в покрытии, имеющих предварительно заданный диаметр, если известен тип катода в дуговом испарителе.

2. Проведен сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях, полученных на трех современных промышленных установках Р1аЛ ж -80, ННВ 6.6 И1, УВНИПА-1-002. Установлено, что 40-60% капель в покрытиях, имеет диаметры в диапазоне 0,4-0,5 мкм, распределение капель по диаметрам в диапазоне диаметров 0,3-3 мкм описывается обратной экспонентой, суммарная площадь капель в покрытиях из нитрида титана, имеющих толщину порядка 3 мкм, занимает 6-15% от площади всего покрытия.

3. Исследовано движение катодного пятна в поперечном магнитном поле в диапазоне токов разряда 80-160А, значений индукции внешнего магнитного поля 0-13,7 мТл. Установлено, что при значениях тангенциальной к поверхности катода составляющей внешнего магнитного поля 0-13 мТл скорость движения катодного пятна составляет 6-20 м/с соответственно. Выведена эмпирическая формула для скорости движения катодного пятна, позволяющая рассчитать скорость катодного пятна на титановом катоде, зная ток разряда и величину тангенциальной к поверхности катода составляющей индукции магнитного поля.

4. Исследованы физические и теплофизические процессы в катодной области вакуумной дуги и их влияние на параметры капельной фазы в продуктах эрозии катода. Получены эмпирические зависимости состава

капельной фазы в покрытиях от температуры катода, тока разряда, скорости движения катодного пятна. Установлено, что капельная фаза в покрытиях нитрида титана увеличивается по относительной площади, занимаемой каплями: в 2,3 раза при повышении температуры торца катода от 79 до 461 °С; и в 5 раз при снижении скорости движения катодного пятна от 15 до 8 м/с.

5. Исследованы автографы катодного пятна вакуумной дуги на массивном катоде. Определены основные размеры и форма эрозионных кратеров. Установлена связь размеров капель в продуктах эрозии катода с размерами эрозионных кратеров на катоде. Определены характерные времена жизни катодного пятна на массивном катоде, и характерные размеры эрозионных кратеров основного трека вакуумной дуги. Установлено, что для кратеров диаметром 2,2-20,6 мкм характерные времена жизни катодного пятна составляют 60-5600 не.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ, ОТРАЖЕНЫ АВТОРОМ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Дуб А. В., Береговский В. В., Щуренкова С. А.. Промышленная вакуумно-плазменная установка NanoARCmaster-инновационная разработка ОАО НПО ЦНИИТМАШ // International scientific journal for the European intellectual elite "E" and "M" Euroeducation. 2011. № 4. 2011. P. 12-15.

2. Духопельников Д. В., Кириллов Д. В., Щуренкова С. А. Динамика движения катодных пятен по поверхности катода в поперечном магнитном поле // Наука и образование: Электронное научно-техническое издание. М., 2012. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://technomag.edu.ru/doc/256359.html (дата обращения 14.06.2012).

3. Объемная доля и дисперсный состав капельной фазы в покрытиях полученных вакуумно-дуговым методом на установке Platit я 80

/ В. В. Береговский [и др.] // Защитные и упрочняющие покрытия. 2009. № 1. С. 3-5.

4. Сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях, полученных методом вакуумно-дугового осаждения на установках типа ННВ и Platit я80

/ В. В. Береговский [и др.] // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2008. № 4. С. 2932.

5. Береговский В. В., Духопельников Д. В., Щуренкова С. А. Параметры капельной фазы в покрытиях полученных вакуумно-дуговым методом на установке Platit я-80 // Вакуумная техника, материалы и технология: Материалы III международной научно-технической конференции. М., 2008. С. 34-35.

6. Щуренкова С. А., Мелик-Парсаданян А. К. Сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях, полученных методом вакуумно-дугового осаждения при различных величинах внешнего тангенциального магнитного поля. // Расчет, проектирование, конструирование и испытания космических

систем: Материалы XVIII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Королев, 2010. Ч. 2. С. 127-129.

7. Береговский В. В., Духопельников Д. В., Щуренкова С. А. Влияние тока разряда на объемную долю капельной фазы // Электровакуумная техника и технология: Материалы 30-го заседания международного постоянно действующего научно-технического семинара. М., 2008. С. 33-36.

8. Береговский В. В., Комаров Н. В., Щуренкова С. А. Промышленная вакуумно-плазменная установка NanoARCmaster для ионного осаждения защитных и триботехнических покрытий // Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики: Материалы VII международной научно-технической конференции. М., 2011. С. 77-80.

9. Духопельников Д. В., Кириллов Д. В., Щуренкова С. А. Влияние температуры катода на долю капельной фазы в покрытиях Ti, TiN

// Электровакуумная техника и технология: Материалы 34-го заседания международного постоянно действующего научно-технического семинара. М., 2012. С. 57-60.

10. Зависимость параметров капельной фазы в покрытиях от скорости движения катодного пятна вакуумной дуги / В. В. Береговский [и др.]

// Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: Материалы 14-й международной научно-практической конференции. СПб., 2012. С. 22-27.

Подписано к печати 2.11.12. Заказ №691 Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Щуренкова, Светлана Александровна

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ

ГЕНЕРАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ В

ВАКУ У MHO-ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ И ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ.

1Л. Современные вакуумно-дуговые установки.

1.2. Физические процессы в катодной области вакуумной дуги.

1.3. Анализ недостатков метода вакуумно-дугового испарения и негативного влияния капель на износостойкие, трибологические и коррозионные свойства покрытий.

1.4. Современные требования, предъявляемые к параметрам капельной фазы в покрытиях, применяемых для упрочнения режущего инструмента.

1.5. Постановка задачи исследования влияния параметров разряда и конструктивных особенностей вакуумно-дугового испарителя на состав продуктов эрозии.

ГЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Экспериментальная вакуумно-дуговая установка

N ano A RCmaster85 0.

2.2. Вакуумно-дуговой испаритель с управляемой траекторией движения катодного пятна.

2.3. Торцевой вакуумно-дуговой испаритель с цилиндрическим катодом.

2.4. Методы исследования микроструктур поверхности покрытий и катода.

2.5. Методика измерения толщины покрытий.

2.6. Методика измерения скорости движения катодного пятна.

2.7. Методика измерения индукции магнитного поля в вакуумно-дуговом испарителе.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАПЕЛЬНОЙ ФАЗЫ В ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЯХ.

3.1. Исследование характерных размеров и формы капель в покрытиях.

3.2. Исследование дисперсного состава и сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях, полученных на различных промышленных вакуумно-плазменных установках.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЭРОЗИИ МАТЕРИАЛА КАТОДА И ФОРМИРОВАНИЯ ПОТОКОВ ВЕЩЕСТВА В

ВАКУУМНО-ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ.

4.1. Исследование движения катодного пятна в поперечном магнитном поле и влияния скорости движения катодного пятна на дисперсный состав капельной фазы в покрытиях.

4.2. Исследование физических параметров разряда, их влияния на катодные процессы вакуумной дуги и дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода.

4.3. Исследование теплофизических процессов и их влияния на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода.

4.4. Исследование автографов катодного пятна на массивном катоде.

ГЛАВА 5. ЭМПИРИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОСТАВА КАПЕЛЬНОЙ ФАЗЫ В ПОКРЫТИЯХ ОТ ТЕПЛОВЫХ И ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАТОДНОЙ ОБЛАСТИ ВАКУУМНОЙ ДУГИ.

5.1. Анализ экспериментальных результатов.

5.2. Рекомендации по проектированию вакуумно-дугового испарителя с уменьшенной долей капельной фазы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование влияния теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги на дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода"

Современная механическая обработка предъявляет высокие требования к режущему инструмент)'. При повышенных режимах и скоростях механической обработки инструмент находится в экстремальных условиях, подвергаясь высоким контактным и циклическим нагрузкам, различным видам износа, температурному воздействию. Работая в таких условиях, инструмент достаточно быстро приходит в негодное состояние и требует замены, что, в свою очередь, тормозит производство и приводит к дополнительным затратам. Рабочая поверхность инструмента должна обладать высокой твердостью, химической пассивностью к обрабатываемым материалам, теплостойкостью, усталостной прочностью, коррозионной стойкостью, а также стойкостью к окислению при высоких температурах. Большинство инструментальных материалов обладают лишь несколькими из указанных выше свойств, что резко снижает их область применения.

Работоспособность режущего инструмента может быть повышена благодаря изменению поверхностных свойств инструментального материала, при котором контактная поверхность инструмента будет наиболее эффективно сопротивляться износу. Эффективным методом упрочнения режущего инструмента является нанесение на рабочую поверхность инструмента защитных покрытий из твердых соединений.

Существует множество способов нанесения защитных покрытий (СУЭ, РУБ), из которых наибольшее распространение для упрочнения режущего инструмента получил способ ионного осаждения с дуговым испарением. На сегодняшний день промышленные вакуумно-дуговые установки производятся во многих странах мира, среди которых Россия, США, Швейцария, Германия, Франция, Япония и Китай. Большинство вакуумно-дуговых износостойких покрытий обладает высокой твердостью (20-40 ГПа), теплостойкостью, низким коэффициентом фения, коррозионной стойкостью. Применение износостойких покрытий позволяет увеличить срок службы режущего инструмента в 2-12 раз, использовать повышенные режимы работы инструмента, а так же обрабатывать особо прочные сплавы (в том числе и жаропрочные ЭИ893, ЭИ929 ЖС6К, ЭГ1539Л, ЦНК7РС). При всем этом качество защитных покрытий может существенно отличаться в зависимости от условий осаждения, конструкции дуговых испарителей, предварительной подготовки поверхности инструмента или деталей машин и многих других условии.

У метода вакуумной дуги есть основной недостаток, который к настоящему времени так и не удалось устранить без существенных потерь в производительности работы испарителя - это наличие капельной фазы в продуктах эрозии катода. Капельная фаза является определяющим минусом вакуумно-дугового разряда и приводит к существенному снижению рабочих свойств покрытий. В дополнении к этому, до настоящего времени не разработано объективных критериев оценки параметров капельной фазы в покрытиях и рекомендаций по ее корректировке.

Таким образом, актуальность темы данной диссертации обусловлена двумя следующими положениями:

- во-первых, она связана с необходимостью создания современных вакуумно-дуговых испарителей с пониженным содержанием капельной фазы в продуктах эрозии катода, позволяющих получать качественные защитные покрытия, которые могут быть конкурентоспособны на мировом рынке подобных технологий и оборудования;

- во-вторых, системное исследование дисперсного состава капельной фазы в продуктах эрозии катода и причин, влияющих на ее параметры, позволит сформулировать объективные критерии оценки капельной фазы в покрытиях и дать рекомендации по ее корректировке.

Целью работы являлось исследование влияния параметров разряда, теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги и скорости движения катодного пятна на параметры капельной фазы в покрытиях, определение способов регулирования капельной фазы, исследование катодной области вакуумной дуги, детальное изучение, сравнительный анализ и классификация капельной фазы в покрытиях.

Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1) проведены подробные исследования и классификация капельной фазы в титановых и нитрид титановых покрытиях, установлены форма и размеры капель, проведена классификация капель по трем группам. Разработай статистический подход к определению параметров капель, образовавшихся в нанесенном покрытии. Его результатом явился ряд гистограмм и аналитическое выражение распределения капель по диаметрам. Выполнен сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях НИ, полученных методом вакуумно-дугового осаждения на 3 современных промышленных РУО-устаповках при одинаковых физических параметрах. Для каждой установки найдено распределение капель по размерам, число капель каждого размера на единицу площади;

5) исследованы автографы катодного пятна на массивном катоде. Определены размеры, форма, глубина и структура кратеров, проведена их классификация, зафиксирован след от траектории движения катодного пятпа. Установлена зависимость размеров капель в продуктах эрозии катода от размеров эрозионных кратеров;

5) проведены сравнительные исследования дисперсного состава капельной фазы в покрытиях, полученных на трех промышленных установках Plat.it - -80, ННВ 6.6 И1, УВНИПА-1-002.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

2) результаты экспериментального исследования движения катодного пятна в поперечном магнитном поле и влияние скорости движения катодного пятна на капельную фазу в продуктах эрозии катода: графики зависимости скорости движения катодного пятна от величины внешнего тангенциального к поверхности катода магнитного поля; эмпирическая формула для скорости движения катодного пятна; графики зависимости относительной площади, занимаемой капельной фазой в покрытиях, от скорости движения катодного пятна;

- графики зависимости скорости движения катодного пятна от величины тока разряда; влияние тока разряда на количество катодных пятен и их скорости; вольтампериые характеристики вакуумно-дугового разряда в зависимости от величины внешнего магнитного поля; графики зависимости относительной площади, занимаемой капельной фазой в покрытиях, от величины тока разряда;

4) результаты исследования теплофизических процессов в катодной области вакуумной дуги: графики зависимости относительной площади, занимаемой капельной фазой в покрытиях, от температуры поверхности торца катода;

5) результаты исследования автографов катодного пятна на массивном катоде;

Практмческая значимость результатов работы состоит в том, что:

Полученные результаты исследований легли в основу разработки промышленного вакуумно-дугового испарителя с управляемой траекторией движения катодного пятна и пониженным содержанием капельной фазы в продуктах эрозии катода. Испаритель прошел испытание в промышленном цеху по нанесению покрытий ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» и был внедрен в производство в качестве основного узла серии промышленных вакуумно-дуговых установок №поАЯС1Ш5и;г, предназначенных для нанесения широкого спектра защитных и триботихнических покрытий на режущий инструмент и детали машин. Испытания показали, что при использовании этого испарителя капельная фаза в покрытиях нитрида титана снижается в 5 раз по относительной площади, занимаемой каплями, по сравнению с дуговым испарителем с торцевым цилиндрическим катодом такого же диаметра и толщины без магнитного управления катодным пятном.

Личный вклад автора состоит в том, что представленные результаты получены автором или при его непосредственном участии. Автором лично проведены все описанные в работе эксперименты: получение образцов с иокрытиями титана и нитрида титана; исследование движения катодного пятна в поперечном магнитном поле и влияния скорости движения катодного пятна на дисперсный состав капельной фазы в покрытиях; исследование физических параметров разряда, их влияния на катодные процессы вакуумной дуги и дисперсный состав капельной фазы в продуктах эрозии катода; исследование теплофизических процессов и их влияния на дисперсный состав капелыюй фазы в продуктах эрозии катода; исследование автографов катодного пятна на массивном катоде, эксперименты по равномерности выработки катода. Автором работы лично проведены исследования покрытий и поверхности катода методами атомпо-силовой, электронной и оптической микроскопии, измерение толщины покрытий, определение тангенциальной к поверхности катода составляющей индукции магнитного поля, измерение параметров разряда. Диссертантом лично разработан универсальный метод определения дисперсного состава капелыюй фазы в покрытиях, получены расчетные модели для определения параметров капелыюй фазы, разработан статистический подход к определению параметров капель, получены две эмпирические формулы: формула для определения скорости движения катодного пятна, функция распределения капель по диаметрам. Автором лично проведено проектирование промышленного вакуумно-дугового испарителя с управляемой траекторией движения катодного пятна и минимизацией капельной фазы в покрытиях, а так же проведен его запуск и отладка режимов работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

-151-ВЫВОДЫ

1. Проведены исследования микроструктуры покрытий, определены размеры и форма капель, проведена их классификация. Разработан статистический подход к определению параметров капель, образовавшихся в нанесенном покрытии. Его результатом явился ряд гистограмм распределения капель по диаметрам и аналитическая зависимость, позволяющая рассчитать число капель в покрытии, имеющих предвари тельно заданный диаметр, если известен тип катода в дуговом испарителе.

2. Проведен сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях, полученных на трех современных промышленных установках Platit п -80, ННВ 6.6 И1, УВНИПА-1-002. Установлено, что 40-60% капель в покрытиях, имеет диаметры в диапазоне 0,4-0,5 мкм, распределение капель по диаметрам в диапазоне диаметров 0,3-3 мкм описывается обратной экспонентой, суммарная площадь капель в покрытиях из нитрида титана, имеющих толщину порядка 3 мкм, занимает 6-15% от площади всего покрытия.

-1524. Исследованы физические и теплофизические процессы в катодной области .вакуумной дуги и их влияние на параметры капельной фазы в продуктах эрозии катода. Получены эмпирические зависимости состава капельной фазы в покрытиях от температуры катода, тока разряда, скорости движения катодного пятна. Установлено, что капельная фаза в покрытиях нитрида титана увеличивается по относительной площади, занимаемой каплями: в 2,3 раза при повышении температуры торца катода от 79 до 461 °С; в 5 раз при снижении скорости движения катодного пятна от 15 до 8 м/с.

6. Полученные автором результаты исследований легли в основу разработки промышленного вакуумно-дугового испарителя с управляемой траекторией движения катодного пятна и пониженным содержанием капельной фазы в продуктах эрозии катода. Испаритель прошел испытание в промышленном цеху по нанесению покрытий ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» и был внедрен в производство в качестве основного узла серии промышленных вакуумно-дуговых установок №поАЯСша51ег, предназначенных для нанесения широкого спектра защитных и триботехнических покрытий па режущий инструмент и детали машин. Испытания показали, что при использовании этого испарителя капельная фаза в покрытиях нитрида титана снижается в 5 раз по сравнению с обычным дуговым испарителем с торцевым цилиндрическим катодом.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Щуренкова, Светлана Александровна, Москва

1. Верещака А. С., Третьяков И. П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.

2. Верещака А. С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.

3. Дороднов А. М. Некоторые применения плазменных ускорителей в технологии // Физика и применение плазменных ускорителей: Сб. статей. М: Наука и техника, 1974. С. 330-365.

4. Вакуумные сильноточные плазменные устройства и их применение в технологическом оборудовании микроэлектроники / И. Г. Блинов и др.. М.: Электроника, 1974. 159 с.

5. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия / А. А. Андреев и др.. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. 236 с.

6. Сайт фирмы IONBOND: электронный ресурс. URL: http://www.ionbond.com (дата обращения 11.01.2011).

7. Сайт фирмы PLATIT: электронный ресурс. URL: http://www.platit.com (дата обращения 11.01.2011).

8. Сайт фирмы HAUZER: электронный ресурс. URL: http://www.hauzer.nl (дата обращения 11.01.2011).

9. Сайт фирмы OERL1KON BALZERS: электронный ресурс. URL: http://www.oerlikon.com/balzers (дата обращения 11.01.2011).

10. Сайт фирмы Технополис: электронный ресурс. URL:: http://www.technopolice.ru (дата обращения 11.01.2011).

11. Kutznert J., Miller Н. С. Integrated ion flux emitted from the cathode spot region of a diffuse vacuum arc // J. Appl. Phys. 1992. V. 25. P. 686-693.

12. Ion velocities in vacuum arc plasmas / G.Y. Yushkov at al. // J. Appl. Phys. 2000. V. 88, № 10. P. 5618-5622.

13. Плютто А. А., Рыжков В. H., Капин А. Т. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг // ЖЭТФ. 1964. Т. 47. № 2. С. 494-507.

14. Kimblin С. W. Erosion and ionization in the cathode spot regions of vacuum arcs//J. Appl. Phys. 1973. V. 44, № 7. P. 3074-3081.

15. Daalder J. E. Components of cathode erosion in vacuum arcs // J. Phys. D: Appl. Phys. 1976. V. 9, № 11. P. 2379-2395.

16. Daalder J. E. Erosion and the origin of charged and neutral species in vacuum arcs//J. Phys. D: Appl. Phys. 1975. V. 8, № 14. P. 1647-1659.

17. Recent advances of superhard nanocomposite coatings: a review / S. Zhang at al. // Surface and Coatings Technology. 2003 V. 167. P. 113-119.

18. Панфилов Ю. В. Нанотехнология в инженерии поверхности // Инженерный журнал. 2007. № 8. С. 14-24.

19. Patscheider J. Nanocomposite Hard Coatings for Wear Protection. // MRS Bull. 2003. V. 28, №3. P. 180-183.

20. The issue of the reproducibility of deposition of superhard nanocomposites with hardness of 50 GPa / S. Veprek at al. // Surface and Coatings Technology. 2006. V. 200. P. 3876-3885.

21. Саксаганский Г. J1. Электрофизические вакуумные насосы. М: Энергоатомиздат, 1988. 280 с.

22. Хороших В. М. Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги // Физическая инженерия поверхности. 2004. Т. 2, № 4. С. 200-213.

23. Аксенов А. И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. 212 с.

24. Аксёнов И. И., Падалка В. Г., Хороших В. М. Формирование потоков металлической плазмы: Обзор. М., ЦНИИ Атоминформ, 1984. 84 с.

25. Исследование капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги/И. И. Аксенов и др.//ЖТФ. 1984. Т. 54, № 8. С. 1530-1533.

26. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия / А. А. Андреев и др.. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. 236 с.

27. Объемная доля и дисперсный состав капельной фазы в покрытиях полученных вакуумно-дуговым методом на установке Platit к 80

28. В. В. Береговский и др. // Защитные и упрочняющие покрытия. 2009. № 1. С. 3-5.

29. Сравнительный анализ капельной фазы в покрытиях, полученных методом вакуумно-дугового осаждения на установках типа ННВ и Platit л80 / В. В. Береговский и др. // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2008. №4. С. 29-32.

30. Anders S., Anders A., Brown I. Focused injection of vacuum arc plasmas into curved magnetic filters // J. Appl. Phys. 1994. V. 75, № 10. P. 4895-4899.

31. Anders S., Anders A., Brown I. Macroparticle-free thin films produced by an efficient vacuum arc deposition technique // J. Appl. Phys. 1993. V. 74, № 6. P. 4239-4241.

32. Takikawa H., Tanoue II. Review of cathodic crc deposition for preparing droplet-free thin films // IEEE Trans, plasma Sei. 2007. V. 35, № 4. P. 992999.-15634. Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги. М.: Наука, 1968. 244 с.

33. Вакуумные дуги: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Лафферти. М.: Мир, 1982. 432 с.

34. Раховский В. И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме. М.: Наука, 1970. 321 с.

35. ХаррисЛ. Катодные процессы // Вакуумные дуги. М.: Мир, 1982.1. С.153-209.

36. Daalder J. Е. Components of cathode erosion in vacuum arcs // J. Phys. D.: Appl. Phys. 1976. V. 9. P. 2379-2395.

37. Аксенов И. И., Тимошенко А. И., Хороших В. М. Потоки частиц и массоперенос в вакуумной дуге: Обзор. М.: ЦНИИ Атоминформ, 1984. 72 с.

38. Плютто А. А., Рыжков В. Н., Капин А. Т. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг // ЖТФ. 1964. Т. 47, № 2. С. 494-507.

39. Кимблин С. В. Ионные токи и электронные явления в вакуумной дуге // ТИИЭР. 1971. Т. 59, № 4. С. 121-130.

40. Мс. Clure G. Plasma expansion as a course of metal displacement in vacuum arc spots //J. Appl. Phys. 1974. V. 45, N 5. P. 2078-2084.

41. Королев В. Д., Месяц Г. А. Автоэмиссионный и взрывные процессы в газовом разряде. М.: Наука, 1982. 355 с.

42. Hantzshe Е. A new model of crater formation by arc spots // Beitrage Plasmaphysik. 1977. V. 17, № 1. P. 65-74.

43. Juttner B. Erosion craters and arc cathode spots in vacuum // Beitrage Plasmaphyaik. 1979. V. 19, № 1. P. 29-48.

44. Месяц Г. А. Эктоны в электрических разрядах // Письма в ЖЭТФ. 1993. Т. 57, № 2. С. 88-90.

45. Boxman R. L., Sanders D. М., Martin P. J. Handbook of Vacuum Arc Science and Technology. Park Ridge, NJ: Noyes, 1995. 742 p.

46. Грановский В. JI. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 543 с.

47. Райзер Ю. Г1. Физика газового разряда: Учебное руководство. М.: Наука, 1987. 592 с.

48. Месяц Г. А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000. 424 с.

49. Emtage P. R., Kimblin С. W., Gorman J. G. Interaction between vacuum arcs and transverse magnetic fields with application to current limitation // IEEE Trans, on Power Appl. and Systems. 1980. V. 8. № 4. P. 314-319.

50. Марахтанов M. К., Марахтанов A. M. Эффект термоэлектронного вентиля и ритм катодного кратера в низковольтной вакуумной дуге с холодным катодом // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. № 14. С. 67-72.

51. Ильичев Л. J1., Насыров Ш. Г., Клевцов Г. В. Сопротивление коррозии ионно-плазменпых покрытий в сероводородсодержащих средах

52. Фундаментальные исследования. 2006. № 8. С. 65-66.

53. Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский и др.. М.: Машиностроение, 1977. 664 с

54. Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985. 304 с.

55. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высшая школа, 1974.

56. Лашнев С. И., Юликов М. И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1980. 208 с.

57. Металлорежущие инструменты: учебник для вузов / Г. Н. Сахаров и др.. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.

58. Daalder I. Е. Diameter and current density of single and multiple cathode discharges in a vacuum // IEEE Trans, on Power Appl. and Systems. 1974. V. 93, №6. P. 1747-1758.

59. Electrical Stability and Life of the Heated Field Emission Cathode / W. P. Dyke at al. // J. Appl. Phys. 1960. V. 31, № 5. P. 790-806.

60. Сайт фирмы MeanWell: электронный ресурс. URL: http://www.meanwell.com (дата обращения 11.01.2011).

61. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: В 2-х книгах. Книга 1. / Д. Гоулдстейн и др.. М.: Мир, 1984. 303 с.

62. Сайт фирмы NTMDT: электронный ресурс. URL: http://ntmdt.ru (дата обращения 11.01.2011).

63. Сайт НОЦ «Нанотехнологии» МЭИ: электронный ресурс. URL: http://nano.mpei.ac.ru (дата обращения 11.01.2011).

64. Сайт фирмы CSM Instruments: электронный ресурс. URL: http://www.csm-instruments.com (дата обращения 11.01.2011).

65. Сайт фирмы «Видеоскан»: электронный ресурс. URL: http://videoscan.ru (дата обращения 11.01.2011).

66. Управление движением катодного пятна в линейных вакуумно-дуговых испарителях / Д. В. Духопельников и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. М., 2005. № 11. С. 45-49.

67. Структура и особенности движения катодного пятна вакуумной дуги па протяжённом титановом катоде / Д. В. Духопельников и др.

68. Измерительная техника. М., 2005. № 10. С. 42-44.

69. Кссаев И. Г., Пашкова В. В. Электромагнитная фиксация катодного пятна//ЖТФ. 1959. Т. 29, № 3. С. 287-298.

70. Sethuraman S. К., Barrault М. R. Study of the Motion of Vacuum Arcs in High Magnetic Field//Journal of Nuclear Materials, 1980. V. 93. P. 791-798.

71. Sethuraman S. К., Chatterton P. A., Barrault M. R. A study of the erosion rate of vacuum arcs in a transverse magnetic field // Journal of Nuclear Materials, 1982. V. 111. P. 510-516.

72. Swift P. D., McKenzie D. R., Falconer I. S. Cathode spot phenomena in titanium vacuum arcs // J. Appl. Phys. Vol. 66, N 2, 1989. P. 39^18.

73. Juttner B. Cathode spots of electric arcs // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. 103-123.

74. Сайт фирмы Femm: электронный ресурс. URL: http://www.femm.info (дата обращения 11.01.2011).

75. Juttner В. On the nature of arc cathode spots in vacuum and plasma // J. Appl. Phys, 1984. V. 26. N 1. P. 249-258.