V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Среди методов нанесения защитных покрытий особое место занимают вакуум-плазменные и плазмохимические методы, которые позволяют получать покрытия из самых разнообразных материалов, обладающих высокой адгезией к подложке, износостойкостью, твердостью, коррозионной стойкостью и другими свойствами. Одним из таких методов является метод вакуум-дугового напыления, который получил широкое применение.

Разработка новых составов и конструкций износостойких ионно-плазменных покрытий может осуществляться только на основе анализа их механических характеристик. К ним в первую очередь относятся твердость (микротвердость для покрытий), поверхностное напряжение, шероховатость, адгезия.

Для деформируемых алюминиевых сплавов наиболее важными являются вопросы структурной однородности поверхности и ее шероховатость. Первое обеспечивает однородность свойств покрытий по поверхности изделия, а минимальная шероховатость – адгезионную прочность, стойкость при окислении и абразивном износе. Вместе с тем, при одинаковом значении шероховатости микрогеометрия поверхности после таких финишных операций как шлифование и полирование будет зависеть от ее твердости.

Эти вопросы могут быть решены за счет термического упрочнения деформируемых алюминиевых сплавов.

В настоящей работе исследовали различные варианты термической обработки деформируемого алюминиевого сплава 1160 (Д16) системы Al-Cu-Mg. Сплавы этой системы характеризуются наличием вторичных фаз (CuAl₂) и (CuMgAl₂), которые могут вызвать неоднородность структурного состояния поверхности. Нагрев до температуры закалки приводит к полному растворению этих фаз в твердом растворе и при последующем быстром охлаждении формируется однородный пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии.

Исследовались следующие варианты термической обработки сплава 1160: свежезакаленное состояние; закалка + старение; кратные закалки + старение. При этом исследованы варианты с естественным и искусственным старением. Оптимальный вариант и параметры термической обработки устанавливали из условия получения минимальной шероховатости и максимальной твердости поверхности.

После термической обработки и перед нанесением покрытий образцы подвергались ультразвуковой очистке в моющем водном растворе и в бензине БР-1 с последующей сушкой и протиркой спиртом. После нагрева в сушильном шкафу до температуры 150-200°С отливки помещались в вакуумную камеру.

. В качестве материалов износостойких покрытий были выбраны ионно-плазменные покрытия на основе нитрида титана, карбонитрида титана. Покрытия наносились методом конденсации вещества с ионной бомбардировкой (КИБ) на модернизированной вакуумной установке ННВ-6.6 И1 ( рис. 1),

Рисунок 1 - Модернизированная вакуумная установка ННВ-6.6 И1

при токе дуги испарения 75 А, токе катушек 0,4 А и напряжении 1000 В. Все наносимые покрытия по составу были близки к стехиометрическому. Определение микротвердости ионно-плазменных покрытий осложняется влиянием на результаты измерения толщины самого покрытия. Измерения микротвердости производилось путем индентировании пирамидой Кнуппа (рис. 2). Было выявлено, что микротверость с нанесением покрытия на образцах увеличивается в 1,5-2 раза (рис. 3).

Рисунок 2 – Измерение микротвердости по методу Кнуппа

Рисунок 3 - Результаты измерения микротвердости

В качестве оптимальных вариантов термической обработки установлены следующие: 4-х кратная закалка при 490-500С + искусственное старение при 115 градусах в течении 150 мин; 3-х кратная закалка + естественное старение в течении 4-х суток.

Рекомендуемые режимы термической обработки деформируемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg дают возможность получить качественные декоративные ионно-плазменные покрытия на изделиях из этих сплавов.

Код для цитирования: Скопировать