В работе приводятся конструкция и исследования двухпучкового газового ионного источника серии «Планар», предназначенного для использования в вакуумно-плазменных напылительных системах. В основе конструкции ионного источника положен принцип работы ускорителя с замкнутым дрейфом электронов и узкой зоной ускорения (УЗДУ). Эмиссионная поверхность источника представляет собой узкую непрерывную щель, вытянутую в длину, образуя два протяженных пучка ионов. Длина пучков варьируется от 100 до 2300 мм в зависимости от применения источника. Источник обеспечивает энергию ионов до 8 кэВ и плотность тока до 1 мA/см2. Приводятся параметры источника.

В работе дано описание конструктивных особенностей вакуумной установки «КВАНТ», предназначенной для ионно-магнетронного напыления покрытий с нанокристаллической структурой. Приводятся технические характеристики установки, описание некоторых методов напыления и результаты исследований структуры и механических свойств нанокристаллических покрытий, полученных на установке.

Для промышленного производства теплоотражающих покрытий (ТОП) на архитектурном стекле изготовлена установка ТОПаз-3М со шлюзованием кассеты двухстороннего размещения стекла и системой транспортировки через рабочую камеру. Максимальный размер листового стекла - 2750x1605 мм. Установка имеет автоматическую систему диагностики и управления работой вакуумного и технологического оборудования. Длительность цикла - 20-25 минут в режиме "зеркало", 40-60 минут в режиме "низкоэмиссионное стеклоTiO2", 25-30 минут в режиме "низкоэмиссионное стекло SnO2". Представлены технические характеристики установки, технологические параметры нанесения ТОП-состава TiO2-Ag-TiO2, SnO2-Ag-SnO2, а также оптические свойства полученных многослойных покрытий в видимом и инфракрасном диапазонах.

В работе приведены результаты исследования низкоэмиссионных покрытий, полученных методом магнетронного напыления с ионным ассистированием на вакуумной установке, разработанной для обработки листового архитектурного стекла размером 2.6x1.605 м, и описание оригинальных устройств технологической установки.

Проанализированы особенности адгезии покрытий на основе никеля, полученных высокоскоростным напылением на стальную основу с различной поверхностной морфологией. Показано, что ультразвуковая финишная обработка создает на поверхности основы волнистый субмикрорельеф, обеспечивающий формирование надежной адгезионной связи между покрытием и основой. Ультразвуковая финишная обработка предлагается как способ подготовки поверхности перед высокоскоростным газопламенным нанесением покрытий.

С помощью оптической и электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследована структура и фазовый состав плазменно-напыленного покрытия на основе железа. Обнаружено изменение структуры и фазового состава при обработке покрытия высокоэнергетическими методами: ультразвуком, электронным лучом.

Монография посвящена изложению научных основ холодного газодинамического напыления (ХГН), предложенного и разработанного на основе обнаруженного в ИТПМ СО РАН явления образования твердофазных покрытий при обтекании тел сверхзвуковым двухфазным (газопорошковым) потоком, и созданию на этой основе новых технологий. Представлены обобщенные результаты экспериментально-теоретических исследований процессов ускорения высокодисперсных частиц в сверхзвуковых соплах, струях, в сжатом слое перед преградой, их ударного нагружения, высокоскоростной упругопластической деформации, эрозионно-адгезионного перехода, особенностям локального энеговыделения и физико-химического взаимодействия на границе контакта с образованием связей. Описаны разработанные для этих целей экспериментальные установки и методы диагностики. рассматриваются структура и свойства материалов покрытий. Описаны оригинальные разработки новых технологий для реализации в различных отраслях промышленности. Для специалистов в области холодного газодинамического и газотермического напыления, механики, вычислительной математики, физики порошковых материалов, а также аспирантов и студентов университетов.

Современные требования к эксплуатационным характеристикам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) делают актуальной задачу нанесения покрытий с низкой теплопроводностью и высокой термоциклической стойкостью на внутренние полости сопел, в частности, теплозащитных на основе оксидов циркония-иттрия Zr-Y-O. Применяемые до настоящего времени технологии их получения (газоплазменные, вакуумные ионно-плазменные, детонационные, гальванические и др.) не позволяют получить покрытия нужного качества. В данной работе использовался метод получения теплозащитных покрытий на основе Zr-Y-O в наноструктурном состоянии с помощью импульсного магнетронного распыления. Целью работы является изучение влияния химического состава покрытия на его термоциклическую стойкость и исследование структурно-фазового состояния нанокомпозитных покрытий на основе Zr-Y-O.

Фазовый состав, тонкая структура интерметаллических покрытий исследована методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Показано, что интерметаллид Ni3Al является основной фазой покрытия для всех исследованных образцов. Ионная имплантация покрытия ионами алюминия и бора приводит к изменению параметра решетки, параметра дальнего атомного порядка, изменению внутренних упругих напряжений, размеров зерен и типа дислокационной структуры.

В книге обобщены экспериментальные результаты по влиянию наноразмерных алмазосодержащих добавок на процессы структурообразования и свойства материалов и покрытий, формируемых различными технологическими методами. Приведены сведения об общих закономерностях влияния размерного фактора на некоторые механические и физические свойства материалов, рассмотрены основные методы получения и подготовки наноразмерных алмазосодержащих материалов. Подробно рассмотрены особенности получения консолидированных нанокомпозиционных материалов триботехнического и инструментального назначения, формируемых методами электроимпульсного спекания и термобарического синтеза с их модифицированием наноразмерными алмазосодержащими добавками. Приведены данные о формировании модифицированных наноразмерными алмазосодержащими добавками поверхностных слоев с использованием методов электрохимического осаждения, газотермического напыления, микроплазменной обработки, трибомеханического модифицирования. Рассмотрены вопросы создания макрогетерогенных материалов с бронзовой матрицей, обладающей эффектом наноструктурирования поверхностного слоя в процессе трибовзаимодействия. Изложены принципы создания пластичных смазочных материалов с наноразмерными твердыми компонентами. Предназначена для научных, инженерно-технических работников, аспирантов и студентов, занимающихся вопросами материаловедения, инженерии поверхности, повышения долговечности быстроизнашиваемых деталей машин.

В работе приведены результаты исследования структуры и трибологических свойств композиционных покрытий «диборид титана – металлическая связка», полученных методами электронно-лучевой наплавки, газопламенным напылением и напылением с последующим оплавлением электронным лучом. Показано, что покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, обладают более высокими значениями износостойкости при абразивном изнашивании и износе в парах трения.

Сформулирована и исследована математическая модель роста покрытия при магнетронном напылении. В оценке средних механических напряжений учитывается вклад как термической, так и диффузионно-химической природы. Показано. что кинетика реакции на поверхности играет не меньшую роль в эволюции напряжений, чем соотношение механических свойств растущего покрытия и подложки.

Изложены основы технологии получения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, описаны конструкции испарительных систем, вакуумного оборудования для получения покрытий. Рассмотрены способы подготовки поверхности изделий перед металлизацией, даны рекомендации по химической, электрофизической и термической подготовке поверхностей подложек и внутрикамерных устройств. Рассмотрено получение покрытий ионным и термическим напылением металлов и сплавов, карбидов, нитридов и их аналогов. Для операторов 3-6-го разрядов установок по нанесению покрытий в вакууме, может быть полезна инженерно-техническим работникам соответствующих отраслей.

В работе построена математическая модель процесса осаждения покрытия. Проведено численное исследование влияния технологических параметров (скорость ионов, концентрация химических компонентов плазмы у подложки и т.д.) на среднеинтегральные концентрации элементов и химических соединений в покрытии.

Представлены результаты исследований фазового состава и механических свойств покрытий системы Al-Si-N, полученных методом импульсного магнетронного напыления на подложках кварцевого стекла марки КВ. Методом ренгеноструктурного анализа обнаружено, что полученные покрытия системы Al-Si-N различной толщины содержат фазу AIN (ГПУ). Нанесение покрытий системы Al-Si-N позволяет не только увеличить нанотвердость поверхностного слоя образцов кварцевого стекла до 29 ГПа, но и сохранить высокий уровень упругих свойств (We 0.70). Также проведены лабораторные испытания по воздействию потоков высокоскоростных частиц железа на защитные покрытия системы Al-Si-N различной толщины, полученных методом импульсного магнетронного напыления. При воздействии потока высокоскоростных частиц железа на исследуемые образцы установлено, что увеличение толщины формируемых защитных покрытий системы Al-Si-N от 1 до 10мкм приводит к уменьшению поверхностной плотности кратеров в 4 раза.

Проведены испытания на абразивный износ, износ трением, адгезионную прочность, химическую стойкость, термостойкость покрытий, полученных методом газопламенного напыления. Материалом матрицы являлся сверхвысокомолекулярный полиэтилен, в качестве наполнителя использовали ультрадисперсные порошки Al2O3 и ZrO2, получаемые методом плазмохимического синтеза. Показано, что добавление модификатора из ультрадисперсных порошков оксидов алюминия и циркония, прошедших предварительную обработку методами порошковой металлургии является эффективным способом повышения физико-механических характеристик таких покрытий. Определены оптимальные значения объемной доли модификаторов, обеспечивающих повышение в несколько раз адгезионной прочности, износостойкости, исключение термоусадки.

Исследовано влияние тонких слоев из молибдена или тантала, созданных магнетронным напылением на поверхности никелида титана, на его физико-механические свойства, в том числе - сверхэластичность (СЭ), реактивные напряжения, а также микротвердость покрытий и спряженных с ними областей материала подложки.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe–Cr–Ni–N, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления при разном парциальном давлении азота в условиях ионной бомбардировки и нагрева подложки на износостойкость и нанотвердость металлического компонента при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА –полиамид ПА-66». На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

Исследованы структурно-фазовые состояния поверхностны слоев никелида титана с покрытиями из молибдена толщиной 200 и 500 нм, сформированных методом магнетронного напыления. Обсуждаются особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и прилежащих к нему слоях подложки. определен характер микродеформации кристаллической решетки молибдена, изучены закономерности ее изменения по толщине покрытия. установлено, что кристаллическая решетка молибдена в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения по нормали к ней. Кристаллическая структура В2-фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки.

Методом микроплазменного оксидирования в растворе силикатного электролита на поверхности циркония, напыленного на медную подложку, сформированы оксидно-керамические покрытия. Определены оптимальные режимы микроплазменной обработки. Установлена корреляция между вольтамперными характеристиками процесса оксидирования и свойствами формируемых покрытий. Показано, что свойства оксидного покрытия зависят от технологии получения компонентов электролита.

Представлены результаты исследований структуры и свойств металлокерамических покрытий в системах Al2O3-CrxNy, Al2O3-Mo2, полученных методом плазменного напыления на медные подложки. Показано, что в процессе напыления формируются градиентные структуры покрытий. Определены оптимальные составы покрытий, которым соответствуют максимальные значения микротвердости и износостойкости. Установлено, что наименьшим коэффициентом трения при износе в паре трения с контртелом из ШХ15 обладает покрытие Al2O3 - 30 вес. % Cr2N.

Рассмотрены методы оценки адгезионной прочности, изучена морфология поверхности, проведен послойный элементный анализ в приповерхностном объеме никелида титана с покрытиями из Мо и Та различной толщины. Показано, что механическая и адгезионная прочность покрытий зависит от химического состава пленки и подложки, а также толщины покрытия.

Изучены структура и фазовый состав гидроксилапатитовых покрытий и их изменения, происходящие при плазменном напылении на титановые подложки с увеличением толщины покрытия и условий режимов истечения плазменных струй. Методами электронной микроскопии на просвет и рентгеноструктурного анализа получены данные о тонкой структуре (особенности кристаллического строения, фазовый состав, размеры кристаллитов) плазменно-напыленных гидроксилапатитовых покрытий. Результаты исследований указывают на сложность строения напыляемых покрытий и на возможность получения покрытий с заданным кристаллическим строением, что следует учитывать при прогнозировании работоспособности покрытий на имплантатах в ортопедии и стоматологии.

Исследован гранулометрический состав порошка гидроксиапатита. Произведена классификация исходного порошка на размерные группы 0,1-10, 10-20, 20-30 и 50-300 мкм. Методом детонационно-газового напыления получены покрытия из гидроксиапатита различных фракций. Исследована структура и фазовый состав покрытий. Показано, что, изменяя исходный гранулометрический состав порошковой смеси, можно управлять рельефом напыленной поверхности.

Выполнены сравнительные исследования покрытий из быстрорежущей стали и керметного порошка на ее основе с содержанием 50 об.% упрочняющей карбидной фазы TiC. Покрытия формировали Ar-N2 плазмой с местной защитой из порошков с размерами частиц от 25 до 55 мкм. Показано, что содержание фазы TiC в покрытии сохраняется, однако период решетки этой фазы снижается с 0,43212 нм для порошка до 0,43035 нм в покрытии из-за изменения содержания углерода, кислорода и азота, В результате плазменного напыления порошка 50 об. % TiC - Р6М5 среднее содержание углерода в покрытии уменьшается с 7,83 до 6,74 масс. %. Содержание кислорода в керметном покрытии увеличивается до 2,8 масс. % по сравнению с 0,8 масс. % в исходном порошке. Содержание азота также увеличивается с 0,05 до 0,89 масс. %. Микротвердость частиц исходных порошков быстрорежущей стали составляет 8,91 ГПа, а картмета 50 об. % TiC - Р6М5 — 9,5 ГПа. Значение микротвердости керметного покрытия, 11,0 ГПа, соответствует расчетному значению, полученному по правилу смесей, при микротвердости покрытия из стали Р6М5 6,64 ГПа.

В результате исследований выявлен ряд закономерностей, связанных с толщиной покрытия и формированием промежуточных слоев, содержащих атомы примесных элементов - С и О; влияние сорта имплантируемых ионов на топографию поверхности, на механизмы разрушения и критические значения параметров адгезионной прочности системы "покрытие/подложка".

В настоящий тематический сборник включены статьи по проблемам наплавки, напыления, припекания защитных порошковых покрытий, спекания металлических порошков, прочности и теплофизики порошковых покрытий. Включены вопросы модельных представлений и экономики применительно к порошковым покрытиям, а также вопросы геометрии их поверхностей. Материалы сборника могут быть полезными для инженеров и научных работников в области сварочных процессов, процессов нанесения защитных износостойких покрытий, аспирантов и студентов технических вузов, физических и механико-математических специальностей университетов и педвузов.

В книге изложены вопросы, связанные с проектированием и эксплуатацией вакуумного оборудования. Рассмотрены теоретические основы вакуумной техники. Описаны конструкции элементов вакуумных систем, откачных машин, напылительных установок. Изложена методика проектирования вакуумных систем по коэффициенту использования насосов, имеются примеры расчетов для типовых вакуумных систем различных машин.Книга предназначена для инженерно-технических работников, проектирующих и эксплуатирующих вакуумное оборудование. Она также может быть полезна студентам вузов, специализирующихся по электровакуумному и полупроводниковому оборудованию.

Рассмотрены процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование для различных технологий, стадий напыления и последующей обработки нанесенных материалов. С учетом критериев работоспособности структуры покрытий и современных представлений о возможностях ее модифицирования должное внимание уделено моделированию формирования высокопрочных аморфных фаз при взаимодействии частицы расплава с твердой поверхностью при плазменном напылении. Для специалистов предприятий практическую ценность имеет информация о примерах оптимизации технологий нанесения функциональных защитных покрытий. Указанные сведения могут быть приняты за основу при разработке технологических процессов на предприятиях, занимающихся восстановлением и упрочнением деталей, которые выходят из строя вследствие изнашивания, коррозии, теплового разрушения. Предназначена для научных, инженерно-технических работников в области моделирования процессов и разработки технологии нанесения защитных покрытий, будет полезна аспирантам, студентам.

В монографии изложены систематизированные сведения о высокотемпературных материалах, работающих в вакууме и при высоких температурах, применительно к их использованию в качестве нагревателей, теплоизоляции и электроизоляции. Книга будет полезна для инженеров и специалистов, эксплуатирующих и разрабатывающих высокотемпературные печи и установки.

Настоящий сборник составлен из докладов, прочитанных на 7-м Национальном симпозиуме по вакуумной технике (США, октябрь 1960 г.). Описываются вопросы конструирования насосов, вакуумных установок и их деталей, методы и аппаратура для определения газосодержания материалов, результаты физических исследований ионно-сорбционных процессов и процессов распыления материалов в вакууме ионами различных энергий, методы и аппаратура для получения тонких пленок, вопросы вакуумной метрики.Сборник предназначен для инженерно-технических и научных работников, занимающихся разработкой и изготовлением вакуумного оборудования и электровакуумных приборов, а также исследованиями в этих областях науки и техники. Сборник будет полезен также специалистам, которые в своей работе соприкасаются с использованием вакуумного оборудования.

В книге рассмотрены основы нанесения износо-, коррозионно-стойких и теплозащитных покрытий с применением перспективных технологий наплавки, газотермического напыления, лазерной обработки; теоретические предпосылки оптимизации состава наносимых материалов и технологии формирования покрытий. Приведены конкретные примеры современных материалов и технологий для упрочнения изделий машино- и моторостроения, металлургии, авиации. химической промышленности. медицинской техники. Значительное внимание уделено износостойким материалам с избыточной карбидной фазой и включениями твердой смазки, коррозионно-стойким металлополимерным и биокерамическим материалам, теплозащитным композициям на основе диоксид циркония. Представлена информация об импульсно-пламенной обработке напыленных покрытий для образования в них работоспособных неравновесных, аморфизированных структур. Предназначена для научных и инженерно-технических работников в области нанесения защитных покрытий, аспирантов, студентов.

В настоящей монографии рассмотрено современное состояние технологий обработки материалов пучками частиц и потоками плазмы, а также нанесения защитных и комбинированных покрытий. Представлен обширный экспериментальный материал, для описания которого предлагаются различные физические подходы и концепции, а также новые физические модели. Он включает широкий круг вопросов — от модификации материалов с помощью мощных ионных и электронных пучков, электролитно-плазменной обработки сталей и сплавов, включая электролитно-плазменное модифицирование, до нанесения защитных нанокомпозитных покрытий. Описаны также способы получения полимерных нанокомпозитов, их свойства и возможность управления ими при помощи магнитных полей. Особое внимание уделено упорядоченным покрытиям и структурам, самопроизвольно возникающим или искусственно создаваемым с помощью ионно-плазменной обработки. Такие структуры являются оптимальными с точки зрения предложенного варианта теории параметрического управления свойствами материалов. Книга предназначена для специалистов, занимающихся процессами ионно-лучевой обработки, радиационным материаловедением, физикой твердого тела; может быть полезна также аспирантам и студентам физических и инженерно-физических факультетов вузов.