ISSN 2225-7551

УДК 621.791.01.6

 

М.Г. Болотов, канд. техн. наук

М.М. Руденко, старш. викладач

Чернігівський національний технологічний університет, м. Чернігів, Україна

ЗАСТОСУВАННЯ ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ З ПОРОЖНИСТИМ КАТОДОМ
У ПРОЦЕСАХ ПОВЕРХНЕВОЇ ОБРОБКИ МЕТАЛІВ (ОГЛЯД)

М.Г. Болотов, канд. техн. наук

М.Н. Руденко, ст. преподаватель

Черниговский национальный технологический университет, г. Чернигов, Украина

ПРИМЕНЕНИЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ В ПРОЦЕССАХ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ (ОБЗОР)

Maksym Bolotov, PhD Technical Sciences

Mykhailo Rudenko, senior teacher

Chernihiv National Technological University, Chernihiv, Ukraine

APPLICATION OF GLOW DISCHARGE WITH HOLLOW CATHODE IN PROCESSES OF SURFACE TREATMENT OF METALS (REVIEW)

Розглянуто умови поверхневої хіміко-термічної обробки у плазмі тліючого розряду, що горить у порожнистому катоді. Показано основні режими азотування з метою зміцнення поверхонь конструкційної сталі 13Х11Н2В2МФ та технічного титану ВТ1-0. Наведено результати впливу неоднорідної плазми тліючого розряду, що горить у порожнистому катоді, на структурні та міцнісні показники поверхонь, що обробляються.

Ключові слова: тліючий розряд, порожнистий катод, азотування, неоднорідна плазма, макронеоднорідна структура.

Рассмотрены условия поверхностной химико-термической обработки в плазме тлеющего разряда, горящего в полом катоде. Показаны основные режимы процесса азотирования с целью упрочнения поверхностей конструкционной стали 13Х11Н2В2МФ и технического титана ВТ1-0. Приведены результаты влияния неоднородной плазмы тлеющего разряда, горящего в полом катоде, на структурные и прочностные показатели обрабатываемых поверхностей.

Ключевые слова: тлеющий разряд, полый катод, азотирование, неоднородная плазма, макронеоднородная структура.

The conditions of the surface chemical and heat treatment in a plasma of glow discharge, burning in the hollow cathode. The basic modes of nitriding process with the aim of strengthening the structural steel surfaces 13H11N2V2MF and technical titanium VT1-0. The results of the influence of inhomogeneous plasma glow discharge, burning in the hollow cathode structural and strength properties of machined surfaces.

Key words: glow discharge, hollow cathode, nitriding, plasma inhomogeneity, macroinhomogeneity structure.

Постановка проблеми. Працездатність деталей машин та механізмів значною мірою визначається станом робочої поверхні, а саме здатністю поверхонь у сполучених парах тертя протистояти зносу.

Нині для підвищення твердості, міцності та зносостійкості широкого застосування у промисловості набули методи термічної та хіміко-термічної обробки із застосуванням газорозрядної плазми (іонна обробка у тліючому розряді, обробка дуговим розрядом). Однак застосування того чи іншого способу не завжди дозволяє забезпечити необхідні властивості поверхневого шару, та й техніко-економічна доцільність їх використання викликає значні сумніви.

Застосування дугового розряду у процесах поверхневої обробки металів знайшло широке впровадження внаслідок певних технологічних особливостей, а саме низької напруги горіння дуги, високого значення розрядних струмів та широкого діапазону тисків, при яких він запалюється та стабільно горить. Однак наявність у плазмі, що генерується дуговим розрядом, значної кількості мікрокрапель матеріалу, що розпилюється розжареним катодом, дещо обмежує використання його у процесах модифікування поверхонь.

Останнім часом все більший розвиток та застосування отримують методи іонної обробки у тліючому розряді, які дозволяють регулювати технологічні параметри процесу у широкому інтервалі режимів, володіють досить високою швидкістю насичення, мають високий клас чистоти поверхні та велику економічність процесу за рахунок значного скорочення часу обробки тощо. Однак процес протікає при досить високих тисках 10…1000 Па і тому внаслідок значного теплового впливу на деталі, що обробляються, може спостерігатися зміна мікроструктури, значний ріст зерна і, як наслідок, зменшення міцності основи зразків, що в багатьох випадках неприпустимо.

Водночас є доцільним використання як джерела нагріву для поверхневої обробки металів тліючого розряду, що генерується в порожнистому катоді. Це дозволяє значно підвищити енергетичну ефективність процесу, знизити робочий тиск, понизити напругу запалювання та стабільного горіння розряду, скоротити загальний час процесу нагріву та охолодження деталей, що обробляються, знизити витрати робочого газу тощо.

Мета роботи. Метою роботи є систематизувати інформацію стосовно застосування неоднорідної плазми тліючого розряду, що горить у порожнистому катоді в умовах хіміко-термічної обробки матеріалів з метою поверхневого їх зміцнення.

Виклад основного матеріалу. Вперше можливість нагрівання тліючим розрядом з порожнистим катодом була показана англійським ученим В. Круксом ще у 1879 році. Він виявив, що від катода тліючого розряду поширюються частки (електрони), що володіють великою енергією. Він також показав, що їх можна концентрувати, використовуючи для цього не плоский, а порожнистий катод. У місці фокусування виділяється велика кількість тепла. Схема експериментального приладу Крукса показана на рис. 1.

Наукова бібліотека ЧНТУ © 2012