WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

13.05.2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет»

Научный консультант: – доктор технических наук

, профессор Абдуллин Ильдар Шаукатович

На правах рукописи

Официальные – доктор технических наук, профессор оппоненты: Дресвин Сергей Вячеславович – доктор физико-математических наук, профессор Ладьянов Владимир Иванович САГБИЕВ Ильгизар Раффакович – доктор физико-математических наук, профессор Кирпичников Александр Петрович СТРУЙНЫЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РАЗРЯД ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ

Ведущая организация: Институт металлургии и материаловедения НАНОСЛОЕВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ им. А.А.Байкова РАН

Защита состоится «___» _________ 2009 г. в «__» час. на заседании Специальность 01.02.05 – механика жидкости, газа и плазмы диссертационного совета Д 212.080.11 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» по адресу 420015, г.Казань, ул. К.Маркса, 68.

А в т о р е ф е р а т

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного диссертации на соискание ученой степени образовательного учреждения высшего профессионального образования доктора технических наук «Казанский государственный технологический университет»

Автореферат разослан «__»_________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Казань 20доктор технических наук А.В.Герасимов - 2 13.05.2009 13.05.20области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и

Общая характеристика работы

полимеров с заданными химическим составом и формой».

Цель и задачи исследования. Целью работы являются комплексные

Актуальность проблемы. В последнее время во всем мире много внимаисследования плазмы струйного высокочастотного разряда пониженного давния уделяется созданию и исследованию свойств таких наноматериалов, как ления в процессах модификации поверхностных нанослоев конструкционных консолидированные наноматериалы, нанополупроводники, нанополимеры, наматериалов, позволяющих изменить структуру, улучшить физиконобиоматериалы, фуллерены и тубулярные наноструктуры, катализаторы, намеханические свойства и эксплуатационные характеристики изделий из них.

нопористые материалы и супрамолекулярные структуры. В создании таких маПоставленная цель достигается решением следующих основных задач:

териалов широко используется низкотемпературная плазма различных видов 1) Комплексные экспериментальные исследования параметров струйгазового разряда.

ного ВЧ разряда пониженного давления и слоя положительного заряда (СПЗ), Плазма струйного высокочастотного (ВЧ) разряда пониженного давления возникающего в окрестности образца, в процессах плазменной модификации (13,3 – 133 Па) обладает уникальными возможностями модификации поверхповерхности конструкционных материалов;

ности различных материалов. Она позволяет эффективно обрабатывать порош2) Разработка физической и математической моделей взаимодействия ковые материалы, малогабаритные изделия, внутренние и наружные поверхноплазмы струйного ВЧ разряда пониженного давления и слоя положительного сти изделий сложной конфигурации, органические и неорганические материазаряда с поверхностью конструкционных материалов в процессах их модифилы с различными внутренним составом и структурой. Однако, воздействие кации;

плазмы струйного ВЧ разряда на нанослои – слои материала толщиной 10-13) Изучение и установление закономерностей изменения свойств понм, непосредственно образующие поверхность материала,– в настоящее время верхностных нанослоев конструкционных материалов в результате воздейстизучено недостаточно, не установлено влияние параметров плазменного потовия плазмы струйного ВЧ разряда пониженного давления;

ка на свойства поверхностных слоев материала, не исследованы структурно4) Разработка физической модели модификации поверхностных наносфазовые изменения в поверхностных слоях. Все это сдерживает разработку лоев материалов в ВЧ плазме пониженного давления;

технологических процессов и плазменных установок для модификации нанос5) Установление закономерностей изменения эксплуатационных халоев и внедрение этих процессов и технологий в производство.

рактеристик изделий от режимов плазменного воздействия, разработка основ Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемы рациональной технологии плазменной обработки и определение оптимальных комплексного исследования плазмы струйного высокочастотного разряда областей применения плазменной технологии модификации поверхностных пониженного давления в процессах модификации нанослоев на поверхности нанослоев конструкционных материалов;

конструкционных материалов.

6) Экспериментальные исследования принципиальных технологичеВ диссертации изложены результаты работы автора по исследованию ских решений для реализации созданных процессов модификации поверхностхарактеристик плазмы струйного высокочастотного разряда пониженного ных нанослоев конструкционных материалов с помощью струйных ВЧ плаздавления и процессов взаимодействия его с поверхностью конструкционных менных установок.

материалов в период 2000 – 2009 г.г.

Методики исследований. В диссертационной работе для решения Работа выполнялась в Казанском государственном технологическом поставленных задач применены современные методы и методики университете в рамках программы Министерства образования РФ № 4исследований.

"Взаимодействие атомных частиц с поверхностью – новые методы и Для исследований параметров струйного ВЧ разряда пониженного технологии" по теме "Взаимодействие низкотемпературной плазмы с давления применен измерительный комплекс, состоящий из:

поверхностью твердых тел" 1992 - 2000 гг., Федеральной программы 1. СВЧ-системы, позволяющей измерять концентрацию электронов в “Экологическая безопасность России” (шифр 8.1.38), при поддержке грантов плазме двумя независимыми методами – свободного пространства (по отсечке АН РТ № 06-6.4-113 и № 06-6.4-299 по теме «Высокочастотная плазменная сигнала и его затуханию на двух частотах) и резонаторным;

струйная обработка твердых тел компактной и капиллярно-пористой структур» 2. миниатюрных магнитного зонда, пояса Роговского, одиночного зонда 2002 – 2005 г., научно-исследовательской работы по Федеральной целевой Ленгмюра для измерения электромагнитных параметров плазмы и СПЗ;

программе «Исследования и разработка приоритетных направлений развития 3. модифицированных трубок Пито для измерения скорости потока неравнаучно-технологического комплекса России на 2007-2012 г.г.» по теме новесной низкотемпературной плазмы;

«Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием в - 3 - - 4 13.05.2009 13.05.204. калориметрической системы, включающей измерители мощностей из- 2. Впервые с помощью численных расчетов по построенной математичелучения и тепловых потерь, а также плотности теплового потока, поступающе- ской модели теоретически обосновано, что в диапазоне энергий ионов Wi = 40го из плазмы на поверхность обрабатываемого материала; 80 эВ возникает эффект фокусировки ионного потока на неоднородностях 5. системы измерения толщины СПЗ, плотности ионного тока и энергии микро- и нанорельефа поверхности, что позволяет использовать низкоэнергеионов, поступающих на поверхность образцов обрабатываемых материалов. тичные ионные потоки для модификации поверхностных нанослоев конструкИзучение характеристик модифицированных слоев проводилось путем ис- ционных материалов.

следования структуры, состава, физических, физико-механических и физико- 3. Впервые проведены комплексные экспериментальные исследования химических свойств. Для этого применены металлографический, рентгеност- струй ВЧ разрядов пониженного давления в процессах модификации поверхруктурный, рентгено-микроспектральный, спектральный, масс-спектроскопи- ностных нанослоев конструкционных материалов. Установлено, что при ввеческий, оже-спектроскопический и фрактографический анализы. дении в плазменную струю образцов конструкционных материалов концентраПри испытаниях механических свойств исследовались твердость, микро- ция электронов непосредственно в окрестности образца возрастает в 2-2,5 раза, твердость, шероховатость, остаточные напряжения, пластичность, временное аксиальная составляющая напряженности магнитного поля уменьшается в 1,4сопротивление на разрывное усилие. Для натурных испытаний изделий с мо- 2 раза, аксиальная составляющая плотности тока увеличивается в 1,1-2,5 раза.

дифицированными поверхностными слоями создан комплекс методик техни- При этом характеристики самих струйных разрядов практически не изменяютческих испытаний, учитывающих условия эксплуатации. Результаты исследо- ся.

ваний и измерений обрабатывались с применением методов математической 4. Впервые проведены комплексные экспериментальные исследования статистики. слоя положительного заряда, возникающего у поверхности образца, помещенВ экспериментах по разложению битуминозной породы с помощью ВЧ ного в струю плазмы ВЧ разряда пониженного давления, позволившие устаноплазмы пониженного давления степень разложения определялась термическим вить диапазон характеристик ионного потока (энергия ионов Wi= 40-80 эВ и анализом по количеству органики в минеральной части породы. Рентгеност- плотность ионного тока ji=0,3-5 A/м2), в котором происходит модификация поруктурный анализ минеральной части, проводился на установке "Дрон-З". Со- верхностных нанослоев конструкционных материалов.

став синтез-газа определялся с помощью хроматографа ЛХМ-8МД.. 5. Экспериментально установлено, что при обработке материалов струйРезультаты теоретических исследований получены с использованием ме- ным ВЧ разрядом пониженного давления в диапазоне параметров (давление гатода математического моделирования. При разработке методов решения сис- за p=13,3 – 133 Па, расход газа G=0,04 – 0,08 г/с, мощность разряда Pразр= 0,5 – темы нелинейных начально-краевых задач, описывающей свойства СПЗ в ок- 5 кВт) атомы инертного плазмообразующего газа проникают в поверхностный рестности образца, использовались современные численные методы и вычис- слой на глубину до 100 нм, образуя захороненные слои. При этом общая толлительный эксперимент. щина модифицированного слоя достигает 200 мкм.

Достоверность сформулированных научных положений и практических 6. Установлено, что при обработке вольфрамо-кобальтового сплава струйрекомендаций обеспечена применением современных методов эксперимен- ным ВЧ разрядом пониженного давления в в смеси аргона с пропан-бутаном тальных и теоретических исследований, их статистической обработкой, и со- образуется модифицированный поверхностный слой толщиной от 70 до гласованием экспериментальных и теоретических результатов с данными дру- 420 нм, в зависимости от времени обработки. В структуре слоя можно выдегих авторов. лить два подслоя: наружный толщиной ~10 нм, содержащий углерод в виде Научная новизна. графита, и переходный толщиной от 10 нм до 70-420 нм, в котором присутст1. Установлен оптимальный диапазон изменения входных параметров ВЧ вуют углерод карбида вольфрама, углерод в алмазоподобном состоянии и угплазменной установки (давление газа p=13,3-133 Па, расход газа G=0-0,12 г/с, лерод в связях С-Н и С-О-Н. В результате диффузии дефектов структуры и потребляемая мощность Pпотр=2,2-15 кВт), позволяющий реализовать режим атомов из нанослоев происходит газонасыщение глубинных слоев толщиной слабоинтенсивной низкоэнергетичной ионной бомбардировки, характеризуе- до 300 мкм, в поверхностном слое образуются, в зависимости от используемомый энергией ионов, поступающих на поверхность от 10 до 100 эВ при плот- го плазмообразующего газа нитриды, оксиды или карбиды элементов, входяности ионного тока от 0,1 до 15 А/м2, в котором происходит модификация ма- щих в состав материала образца. При этом скорость диффузии атомов газа в териалов без преобладания распыления поверхностных слоев, и в котором дос- процессе ВЧ плазменного газонасыщения в 2...5 раз превышает скорость дифтигается максимальное значение отношения мощности разряда к потребляемой фузии при газонасыщении в разрядах постоянного тока.

мощности Pразр/Pпотр = 0,6-0,7. 7. Разработана физическая модель модификации нанослоев материалов в плазме струйного ВЧ разряда пониженного давления. Ионы плазмообразующе- 5 - - 6 13.05.2009 13.05.20го газа, обладающие энергией в диапазоне 40-80 эВ, проникают в поверхност Карбидирование изделий из стали 20;

ный слой материала толщиной до 20 нм, создают в нем дефекты и образуют Оксидирование изделий из циркониевых, титановых сплавов и сталей;

химические соединения с атомами материала. Воздействие ВЧ поля и им Обработка сплава карбида вольфрама с кобальтом с образованием напульсно-периодического потока электронов приводят к возникновению в понодиффузного алмазоподобного покрытия толщиной 20-50 нм, за счет чего верхностном слое ВЧ токов, которые способствуют ускоренной диффузии деувеличивается срок службы медицинских стоматологических фрез в 3-4 раза;

фектов и атомов плазмообразующего газа и их соединений на глубину скин Обработка металлокорда для автомобильных шин, повышающая адгеслоя. В результате этого изменяется структура поверхностного слоя, происхозию резиновой массы к корду и увеличивающая долговечность металлокорда дит перераспределение в нем химических элементов, входящих в состав сплапри воздействии знакопеременных нагрузок;

ва.

Регенерации алюмохромового катализатора, используемого в производПрактическая значимость работы.

стве изопрена;

1. Установлено, что струйная ВЧ плазменная обработка при пониженном Комплексная переработка битуминозных пород с выделением синтездавлении в атмосфере инертного газа позволяет производить нанополировку газа и минерального остатка с высоким содержанием редких элементов.

поверхности, в результате которой очищается и активируется поверхность без 5. Созданные технологические процессы и специальное оборудование для ее нагрева, ликвидируются примесные дефекты и одновременно, локально модификации конструкционных материалов внедрены в промышленное произраспыляются и расплавляются микровыступы, залечиваются микропоры и водство в ОАО СКТБ «Мединструмент» и ООО «Фреза» с суммарным экономикротрещины, удаляются трещиноватый и рельефный слои, уменьшается шемическим эффектом 30 млн. руб.

роховатость поверхности, наводятся сжимающие остаточные напряжения с На защиту выносятся:

плавной эпюрой, повышается усталостная прочность.

1. Результаты экспериментальных исследований струйных ВЧ разрядов 2. ВЧ плазменная обработка при пониженном давлении в смеси реагипониженного давления, устанавливающие оптимальный диапазон изменения рующего газа (азот, кислород, углекислый газ, пропан-бутан, метан) с аргоном входных параметров ВЧ плазменной установки (давление газа p=13,3-133 Па, позволяет производить повысить коррозионную стойкость, создать нанодифрасход газа G=0-0,12 г/с, потребляемая мощность Pпотр=2,2-15 кВт), позвофузные покрытия из оксидов, карбидов, нитридов элементов материала, увелиляющий реализовать диапазон энергий ионов на поверхность от 10 до 100 эВ чить микротвердость поверхности в 2-3 раза, навести сжимающие остаточные при плотности ионного тока от 0,3 до 5 А/м2 необходимый для модификации напряжения с плавной эпюрой, повысить усталостную прочность.

материалов без преобладания распыления поверхностных слоев, при которых 3. На основе результатов выполненных экспериментальных и теоретичедостигается максимальное значение отношения мощности разряда Pразр к поских исследований разработаны процессы модификации нано- и микрослоев, требляемой мощности Pразр/Pпотр = 0,6-0,7; при этом параметры плазмы струйпозволяющие в едином технологическом цикле проводить очистку (без нагреных ВЧ разрядов пониженного давления изменяются в следующих диапазонах:

ва) с одновременным удалением дефектных слоев и активацией поверхности, концентрация электронов ne=1015-1019 1/м3, плотность тока в струе плазмы плазменную полировку с уменьшением шероховатости на 2 класса, повышение j=(1-8)·102 А/м2, напряженность магнитного поля в струе H= 5-200 А/м, скоусталостной прочности на 30% с перераспределением остаточных напряжений рость потока 50-500 м/с.

на глубине до 200 мкм и достижением значений сжимающих напряжений 2. Результаты комплексных экспериментальных исследований струй ВЧ 600…700 МПа, увеличивать коррозионную стойкость в 2 раза, упрочнение с разрядов пониженного давления в процессах модификации поверхностных наувеличением срока службы изделий в 1,5 – 1,8 раза при использовании инертнослоев конструкционных материалов, устанавливающие, что при введении в ного газа и в 2-3 раза – при использовании химически активных газов.

плазменную струю образцов конструкционных материалов концентрация элек4. Разработаны технологии ВЧ плазменной обработки материалов:

тронов непосредственно в окрестности образца возрастает в 2-2,5 раза, акси Очистка поверхности твердого сплава, нержавеющих сталей, алюмиальная составляющая напряженности магнитного поля в струе ВЧ разряда ниевых сплавов перед нанесением покрытий ионно-плазменным и электрохиуменьшается в 1,4-2 раза, аксиальная составляющая плотности электрического мическим методами, повышающая в 2-3 раза адгезионную прочность;

тока увеличивается в 1,1-2,5 раза, характеристики самих струйных разрядов Полировка поверхности зеркал гинекологических из титанового сплава при этом практически не изменяются.

и нержавеющей стали, увеличивающая срок службы в 3 раза;

3. Результаты численных расчетов по построенной математической моде Упрочнение в 2 раза медицинских ультразвуковых инструментов из тили, теоретически обосновывающие, что в диапазоне энергий ионов Wi = 40тановых сплавов за счет нанодиффузного покрытия из TiN;

80 эВ возникает эффект фокусировки ионного потока на неоднородностях Азотирование медицинских инструментов из нержавеющей стали;

микро- и нанорельефа поверхности, что позволяет использовать низкоэнерге- 7 - - 8 13.05.2009 13.05.20тичные ионные потоки для модификации поверхностных нанослоев конструк- ности на 30% с перераспределением остаточных напряжений на глубине до 2ционных материалов. мкм и достижением значений сжимающих напряжений 600…700 МПа, увели4. Результаты комплексных экспериментальных исследований СПЗ, воз- чивать коррозионную стойкость в 2 раза, упрочнение с увеличением срока никающего у поверхности образца в струе плазмы ВЧ разряда пониженного службы изделий в 1,5 – 1,8 раза при использовании инертного газа и в 2-3 раза давления, устанавливающие диапазон характеристик ионного потока (энергия – при использовании химически активных газов.

ионов Wi= 40-80 эВ и плотность ионного тока ji=0,3-5 A/м2), в котором проис- Таким образом, в диссертационной работе изложены научно обоснованнходит модификация поверхностных нанослоев конструкционных материалов. ные технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад 5. Результаты экспериментальных исследований, устанавливающие, что в развитие экономики страны, и заключающиеся в определении параметров при обработке материалов струйным ВЧ разрядом пониженного давления в струйного ВЧ разряда пониженного давления, которые обеспечивают диапазоне параметров (давление газа p=13,3–133 Па, расход G=0,04–0,08 г/с, модификацию нанослоев конструкционных материалов, что позволяет мощность разряда Ppазр= 0,5–5 кВт) атомы инертного плазмообразующего газа осуществлять процессы нанополировки и формирования нанодиффузных проникают в поверхностный слой на глубину до 100 нм, образуя захороненные покрытий для улучшения эксплуатационных, потребительских и слои. При этом общая толщина модифицированного слоя достигает 200 мкм. технологических свойств изделий.

6. Результаты экспериментальных исследований, устанавливающие, что Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на при обработке сплавов металлов струйным ВЧ разрядом пониженного давле- Всероссийской научной конференции «Тепло- и массообмен в химической ния в атмосфере химически активного газа образуется модифицированный по- технологии» (Казань, 2000), 12-й международной конференции по верхностный слой толщиной от 70 до 420 нм в зависимости от времени обра- теплопереносу (Гренобль, Франция, 2002 г.), 16-й Европейской конференции ботки. В структуре поверхностного слоя можно выделить два подслоя: наруж- по теплофизическим свойствам материалов (Лондон, Великобритания, 2002), ный толщиной ~10 нм, содержащий углерод в виде графита, и переходный 6-м и 7-м Всероссийских семинарах «Сеточные методы для краевых задач и толщиной от 10 нм до 70-420 нм, в котором присутствуют углерод карбида приложения» (Казань, 2005, 2007), 21-й международной конференции вольфрама, углерод в алмазоподобном состоянии и углерод в связях С-Н и С- «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус, 2006), 4-й Всероссийской научноО-Н. В результате диффузии дефектов структуры и атомов из нанослоев про- практической конференции «Защитные и специальные покрытия, обработка исходит газонасыщение глубинных слоев толщиной свыше 300 мкм, в поверх- поверхности в машиностроении и приборостроении» (Пенза, 2007), ностном слое образуются, в зависимости от используемого плазмообразующе- Харьковской нанотехнологической Ассамблее (Харьков, Украина, 2006), 34-й, го газа нитриды, оксиды или карбиды элементов, входящих в состав материала 35-й и 36-й Международных конференциях по физике плазмы и УТС образца. При этом скорость диффузии атомов газа в процессе ВЧ плазменного (Звенигород Московской области, 2007, 2008, 2009), Международной газонасыщения в 2...5 раз превышает скорость диффузии при газонасыщении в конференции «Micro- and Nanoelectronics -2007» (Звенигород, 2007), VI Росразрядах постоянного тока. сийском семинаре «Современные средства диагностики плазмы и их 7. Физическая модель модификации нанослоев материалов в плазме применение для контроля веществ и окружающей среды» (Москва, 2008), V струйного ВЧ разряда пониженного давления, устанавливающая, что ионы Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии плазмообразующего газа, обладающие энергией в диапазоне 40-80 эВ, прони- (Иваново, 2008), международной конференции Gaseous Electronic Conference кают в поверхностный слой материала толщиной до 20 нм, создают в нем де- GEC-08 (Даллас, США, 2008), научных сессиях КГТУ (1999-2009).

фекты и образуют химические соединения с атомами материала. Воздействие Основные результаты изложены в 64 публикациях, в том числе в ведущих ВЧ поля и импульсно-периодического потока электронов приводят к возник- рецензируемых научных журналах – 10, одной монографии, 6 патентах.

новению в поверхностном слое материала ВЧ токов, которые способствуют Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит ускоренной диффузии дефектов и атомов плазмообразующего газа и их соеди- в постановке цели и задач исследований, выборе методики эксперимента, нений на глубину скин-слоя. В результате этого изменяется структура поверх- непосредственном участии в их проведении, анализе и обобщении ностного слоя, происходит перераспределение в нем химических элементов, экспериментальных результатов, в разработке математической модели входящих в состав сплава. взаимодействия струйного ВЧ разряда пониженного давления с материалами, 8. Процессы модификации нано- и микрослоев, позволяющие в едином разработке технологии обработки материалов ВЧ разрядом пониженного технологическом цикле проводить очистку (без нагрева) с одновременным давления. Вклад автора является решающим на всех стадиях работы.

удалением дефектных слоев и активацией поверхности, плазменную полировку с уменьшением шероховатости на 2 класса, повышение усталостной проч- 9 - - 10 13.05.2009 13.05.20Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, Характеристики плазмы струйных ВЧ разрядов пониженного давления исвыводов, библиографии (335 наименований) и приложения. Изложена на следовались в присутствии образцов из нержавеющих сталей типа Х13 и 321 страницах машинописного текста, содержит 122 рисунка и 16 таблиц. Х18Н9Т, вольфрамо-кобальтового твердого сплава ВК6-ОМ, алюминиевого Содержание работы сплава Д16Т, силумина, титановых сплавов, стали 3 с латунным и бронзовым Во введении обоснована актуальность темы исследования, изложена покрытием, сталей 20 и 30, сыпучих материалов (катализатор на пористом ноосновная цель, поставлены задачи и представлена структура диссертации, сителе Al2O3), высоковязкой нефти.

сформулирована научная новизна, практическая значимость работы, основные В присутствии образцов материалов изучены энергетические, газодинамиположения, выносимые на защиту. ческие и электрические параметры струйных ВЧ разрядов пониженного давлеВ первой главе дан обзор известных экспериментальных и теоретических ния: мощность разряда, скорость потока плазмы, концентрация электронов, результатов, методов исследований и применений ВЧ разрядов пониженного плотность ВЧ тока, напряженность магнитного поля, и положительный потендавления. Проведен анализ наиболее распространенных методов модификации циал плазменного столба, плотность ионного тока и энергия ионов, бомбардиповерхности материалов и рассмотрены их возможности в формировании рующих поверхность материалов (табл. 1).

различных свойств изделий. Установлено, что наиболее перспективным мето- Измерения концентрации электронов методами СВЧ зондирования дом модификации поверхностных слоев является воздействие потока плазмы показали, что при обработке металлов в струйном ВЧ индукционном (ВЧИ) струйного ВЧ разряда пониженного давления, позволяющего создавать поток разряде пониженного давления она достигает значений 1015-1018 1/м3. При ионов, обладающих энергией 10-100 эВ при плотности ионного тока 0,1- использовании в качестве плазмообразующего газа смеси аргона с 5 А/м2. реагирующими газами (азот, кислород, углекислый газ, пропан-бутан), На основе анализа литературных данных сформулированы основные концентрация электронов уменьшается в 2-5 раз, что объясняется потерями задачи работы. части энергии, вводимой в плазму, на процессы диссоциации, возбуждения Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследо- колебательных и вращательных степеней свободы молекул примесных газов.

ваний струйных ВЧ разрядов пониженного давления и СПЗ в процессах В струйном ВЧ емкостном (ВЧЕ) разряде пониженного давления модификации поверхностных нанослоев конструкционных материалов. концентрация электронов при обработке металлов меньше, чем ВЧИ разряде Исследования проводились на ВЧ плазменной установке, состоящей из при одинаковой вводимой мощности Рр = 2,0 кВт в разряд и составляет (0,5 – стандартных блоков и элементов, включающих в себя генератор, ВЧ индуктор 2)·1017 1/м3.

и ВЧ электроды, вакуумную систему, систему подачи плазмообразующего газа При модификации поверхности конструкционных материалов характерии диагностической аппаратуры. Высокочастотный генератор, собранный по стики плазмы существенно изменяются в непосредственной окрестности ободноконтурной схеме с общим катодом, может быть настроен на индуктивную разцов: концентрация электронов увеличивается в 2-2,5 раза, амплитуда плоти емкостную нагрузку и позволяет получать ВЧ разряды различных типов. ности тока увеличивается в 1,1-2,5 раза; в ВЧИ разряде аксиальная составляюНа основании анализа характерных особенностей процессов, протекаю- щая Hz вектора напряженности магнитного поля уменьшается в 1,4-2 раза; при щих в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы, разработан иссле- этом регистрируется азимутальная составляющая H, в ВЧЕ разряде азимудовательский комплекс для экспериментальных исследований параметров тальная составляющая H увеличивается на 20-40%. При этом характеристики струйных ВЧ разрядов при модификации поверхностных нанослоев конструк- самих струйных разрядов практически не изменяются. На срезе сопла плазмоционных материалов. трона значения этих параметров изменяются незначительно, не более чем При исследовании характеристик плазменного потока входные параметры на 5%.

установки варьировались в следующих пределах: давление от 1,33 Па до У поверхности образца создается СПЗ, что подтверждается результатами 399 Па, частота генератора от 1,76 до 27,8 МГц, расход плазмообразующего га- голографических исследований плазмы в окрестности образца, измерений поза от 0 до 0,18 г/с. В качестве плазмообразующего газа в экспериментах ис- тенциала плазмы относительно тела и характеристик ионного потока (Wi и ji), пользовался аргон высшего сорта, и смеси воздуха, азота, углекислого газа, поступающего на поверхность образца (табл. 2).

пропан-бутана с аргоном. В результате проведенных исследований установлен оптимальный диапаВ исследуемом диапазоне реализованы струйные ВЧ разряды индукцион- зон изменения входных параметров ВЧ плазменной установки (давление газа ного типа с соленоидальным индуктором и емкостного типа с плоскими элек- p=13,3-133 Па, расход газа G=0-0,12 г/с, потребляемая мощность Pпотр=2,5тродами. Потребляемая мощность генераторов варьировалась в диапазоне от 18 кВт), в котором достигается максимальное значение отношения мощности 1,5 до 20 кВт. разряда Pразр к потребляемой мощности Pразр/Pпотр = 0,6-0,7. На рис. 1 для ВЧЕ - 11 - - 12 13.05.2009 13.05.20Таблица 2.

разряда приведен пример зависимости энергии ионов и плотности ионного тоХарактеристики слоя положительного заряда в окрестности образца ка от давления газа.

при обработке в струе ВЧ разряда пониженного давления в атмосфере аргона Плотность НапряженТипы разрядов электри- ность магемкостный с ческого нитного по- Параметры СПЗ Методы измерения индукционкольцевыми тока, А/м2 ля, А/м ный электродами Толщина СПЗ в окрестно- одиночный электростатический сти образца, мм зонд, голографическая интерфе- 0,1 - 0,3 3 - рометрия Энергия ионов поступаю- Анализатор энергии ионов с щих на поверхность, эВ осесимметричным полем на ос10 - 55 50 - 1нове цилиндрического конденсатора Плотность ионного тока на Анализатор энергии ионов с ра3 - 15 0,3 - 0,поверхность образца, А/м2 диальным полем Значения плотности ионного тока на поверхность материала в исследованном диапазоне параметров режима разряда соответствуют интенсив 1016–10ности ионного потока на поверхность материала 6-100 ион/(нм2с). Такая плотность ионного потока недоста 1015 – 10точна для того, чтобы ВЧ распыление было преобладающим процессом при взаимодействии ВЧ плазмы пони1016–10женного давления с исследованными Рис. 1. Номограмма зависимости энергии иоматериалами. Таким образом, модинов и плотности ионного тока на поверхность тела в ВЧ емкостном разряде от давления газа фикация поверхности материалов 2·1015 – 2,5·10( Pd = 1 кВт, G = 0, 04 г/с, f = 13, 56 МГц) должна проходить с пониженным, по сравнению с аналогичными процессами, эффектом распыления поверхностных слоев.

1016–10С другой стороны, плотность ионного потока слишком мала, чтобы получить те результаты модификации, которые достигаются в ВЧ плазме пониженного давления.

В связи с этим проведены теоретические исследования СПЗ, возникающе1015 – 10го при модификации конструкционных материалов в плазме ВЧ разрядов пониженного давления.

В третьей главе разработана математическая модель СПЗ, возникающего при модификации поверхности конструкционных материалов в плазме струй1016–10ных ВЧ разрядов пониженного давления Известно, что основной причиной модификации поверхности твердых тел в плазме струйных ВЧ разрядов пониженного давления являются положи2·1015 – 2,5·10тельные ионы плазмообразующего газа, ускоренные до энергий 10-100 эВ в СПЗ, возникающем у поверхности образца. При плотности ионного тока на по- 13 - - 14 Таблица 1. Характеристики потока ВЧ плазмы пониженного давления аргона в процессах модификации поверхности конструкционных Потенциал плазмы отноОдиночный зонд Концентрация электрого пространства потока на поверхность Плотность теплового Скорость потока, м/с сительно образца, В Ленгмюра образца, Вт/м Параметры нов,·1/м составляющая составляющая составляющая составляющая Азимутальная Азимутальная Аксиальная Аксиальная Трубка Пито входным зонаторный) сечке сигнала и ре(двух частот, по отметодами свободноСВЧ зондирование 1,5 мм, длиной проточного типа пояс Роговского магнитный зонд Миниатюрный Миниатюрный диаметром 2 мм Калориметры измерения сечением сечением 0,19 мм Методы мм (0,1-1,8) не об(0,1не обне об·2·1нар.

(2–6) 50 – (2–6) 35 – не образряд струя разряд струя разряд струя разряд струя не об(1 – 7,5) не (2,5–8) (3-7) (1–7,5) не об20-1не 30-1(3 – 18) 5–1(3 – 18) 6–1нар.

·обнар.

···нар.

·нар.

1,8)·нар.

нар.

без образца с образцом без образца 100 индукционный 5материалов обнар.

(1-5) 5·(10 – ·10 ) 5100 2-Т и п ы р а з р я д о в ·емкостный с кольцевыми электродами 50–3не обнар.

не обнар.

(3-7)·(0,1-7) не обне обне обнар.

нар.

нар.

··с образцом 50–310-110 – 1(2,5 – 8) не обнар.

· 13.05.2009 13.05.20верхность материала от 0,3 до 18 А/м2 отсутствует эффект кумуляции перено¶jP (0,t) qb (t) jP dsh,t = 0, =, "t > 0.

( ) (2) симой ионами энергии, что приводит к модификации поверхностного слоя (де¶z 2eсорбции загрязнений, расплавлению микронеровностей, заращиванию микро2. Начально-краевую задачу для уравнения неразрывности ионного газа трещин, удалению рельефного и трещиноватого слоев) в щадящем режиме, без в области квазинейтральной плазмы и СПЗ:

нагрева и создания дополнительных внутренних напряжений.

В отличие от электродов плазмотрона, незаземленный образец в плазме ¶ni ¶ ¶ni находится под наведенным (“плавающим”) потенциалом, внешняя электро- Di + miEni =- + nine, lD < z < dsh, t > 0, (3) ¶t ¶z ¶z движущая сила отсутствует. Поэтому, непосредственно у поверхности образца всегда существует двойной электрический слой, толщина которого равна дебаni dsh,t = ne0), "t > 0, (4) ( )( евской длине D.

В связи с тем, что граница «СПЗ-плазма» колеблется вместе с изменениDi ¶ni - miEni niui 1 + peE , "t > 0, = ем знака поля математическая модель СПЗ разделяется на 2 части: первая опи- z=rD ¶z 4 minci (5) сывает процессы в области квазинейтральной плазмы от невозмущенной зоны ¶jP z - rD ( до динамической границы «плазма-СПЗ», вторая описывает процессы в обласni (z, 0) = ne0), lD < z < dsh, E =- + E.

dsh ¶z ти от этой границы до поверхности образца.

Математическая модель строится в предположении, что размеры обЗдесь E = Ea sin(wt), Eа – амплитуда ВЧ напряженности электрического разца, помещенного в плазму, много больше толщины СПЗ, тело является плополя в плазме.

ским, параметры СПЗ однородны вдоль поверхности тела. Тогда задачу расче3. Начально-краевую задачу для уравнения неразрывности электронного та параметров взаимодействия ВЧ плазмы пониженного давления с твердым газа в области квазинейтральной плазмы:

телом можно рассматривать в одномерном по пространственным координатам приближении. ¶ne ¶ ¶ne De - meEne =- + nine, ys < z < dsh, t > 0, (6) Для построения модели введем локальную декартову систему коорди ¶t ¶z ¶z нат, выбрав в качестве начала координат точку на поверхности тела, и напраne dsh,t = ne0), "t > 0, вив положительное значение оси Oz от поверхности тела навстречу ионному ( )( (7) потоку, а плоскость xOy – параллельно поверхности тела.

Оценки характерных пространственных и временных масштабов покаDe ¶ne - meEne neue exp ee = - - z=ys ¶zkBTe зывают, что в окрестности образца выполняются условия идеальности элек- тронного, ионного газов и газа нейтральных частиц, однако условия примени- (8) ee 12 gi ji + jae eE мости приближения сплошной среды выполняются только для ионного газа.

- perfc, "t > 0, mence kBTe e Средняя длина свободного пробега электронов le 10-3 м сопоставима с z - ys ( толщиной СПЗ hk 10-3 м, что много больше дебаевской длины D~10-5 м.

ne (z, 0) = ne0), ys < z < dsh.

(9) dsh Поэтому в качестве координаты границы расчетной области выбрана точка dsh на расстоянии нескольких толщин СПЗ. 2e jP me eE .

Здесь ee =- (10) Система, описывающая свойства квазинейтральной плазмы в окрестно 2kBTe me mence сти образца включает в себя следующие задачи:

4. Нелинейное уравнение изменения координаты динамической границы 1. Краевую задачу для мгновенного значения потенциала jP (t,z ) элекys между СПЗ и предслоем трического поля, создаваемого заряженными частицами в области квазинейтjP ральной плазмы и СПЗ: -e ys + jRF ys = ee, ( ) ( ) (11) ¶2jP e где RF – потенциал ВЧ составляющей электрического поля плазмы.

= ni - ne, lD < z < dsh, t > 0, ( ) (1) ¶z2 e- 15 - - 16 13.05.2009 13.05.205. Начально-краевая задача, описывающая динамику плотности поверх- Электрическое поле вблизи поверхности является суперпозицией электроностного заряда тела вследствие флюктуаций потоков заряженных частиц на статических полей, созданных зарядами отдельных вершин и ВЧ полем плазповерхность образца: мы:

dqb E = + E, Em (17) = je -( ) - jae, t > 0, (12) 1 + gi ji m dt где E - напряженность электрического поля в двойном слое, E - на2e0jqb (0) = (13) пряженность ВЧ поля в СПЗ, Em - напряженность поля, созданного зарядом lD одной неровности, Решение приведенных уравнений вместе с граничными и начальными условиями позволяет найти концентрацию электронов ne и ионов ni, и затем qm exp - 2rm lD (), (18) Em =-grad jm, jm (r) = их скорость на границе «плазма-СПЗ»:

4pe0rm ¶ni,e ui,e = Di mi,eEni,e, (14) ¶z где rm = x - xm + y - ym + z2 - расстояние до вершины неровности, ( ) ( ) где знак «+» относится к ионам, знак «-» - к электронам.

x,y,z - текущие координаты иона, - координаты вершины микронеровxm,ym В двойном слое непосредственно у поверхности образца модель сплошной среды неприменима, здесь необходимо учитывать движение и взаимодейности в плоскости xOy.

ствие отдельных частиц. Как показали оценки, эффект кумуляции ионного Решение системы задач (15)-(16) позволяет найти энергию иона Wi(t) в воздействия в двойном слое отсутствует, поэтому можно рассматривать двимомент столкновения с поверхностью и плотность ионного тока ji (t) :

жение отдельных ионов, не учитывая их взаимодействие.

Поверхность конструкционных материалов является шероховатой, приmiuiWi =, ji = eniui, где ui = ui (19) чем размер микронеровностей сопоставим с толщиной двойного слоя. Поэтому при расчете движения иона в двойном слое следует учесть эффект искривления С помощью математической модели проведено теоретическое исследосиловых линий электрического поля из-за концентрации поверхностного зарявание параметров плазмы струйных ВЧ разрядов, ответственных за модификада на вершинах микронеровностей. Примем, что все неровности имеют одинацию поверхности твердых тел. В результате получены пространственноковую пирамидальную форму с закругленной вершиной, а потенциал вершины временное распределение потенциала, напряженности электрического поля и равен потенциалу заряда qm, помещенного в центр ее кривизны. Введем декарконцентрации заряженных частиц поля в СПЗ, значения энергии ионов и плотности ионного тока, поступающего на поверхность тела.

тову систему координат с началом в центре кривизны вершины одной из неВ двойном электрическом слое напряженность электрического поля, выровностей так, что плоскость xOy проходит через центры кривизны остальных численная по формулам (17), (18), почти на порядок выше напряженности неровностей, а ось Oz направлена в сторону плазмы.

плоского поля. В результате этого ионный поток в двойном слое, в соответстВ бесстолкновительном приближении движение можно описать систевии с искривлением силовых линий электрического поля в непосредственной мой задач Коши:

близости к поверхности, фокусируется на неоднородностях поверхностного di eE =, при t > 0 ; i (0) =-ui0iz, (15) электрического заряда (рис. 2). Степень фокусировки ионного потока падает с dt m увеличением энергии ионов, с которой они попадают в двойной слой. При dri энергиях больше 80 эВ ионный поток становится практически однородным.

= i, при t > 0 ; ri (0) = lDiz, (16) dt Установлено, что для каждой средней высоты микронеровности поверхности существует диапазон энергии ионов, в котором ионный поток конгде i - вектор скорости иона, i0 - начальная скорость иона на границе двойцентрируется на вершинах микронеровностей, т.е. реализуется режим избираного слоя, определенная по формуле (14), ri - радиус-вектор текущего полотельной обработки поверхности. При энергии ионов, превышающей предельжения иона. Знак «минус» в выражении для начальной скорости иона обусловное значение Wi 0, зависящее от исходной шероховатости поверхности, ионы лен тем, что в выбранной системе координат ось Oz направлена навстречу поначинают поступать на боковые поверхности микронеровностей, при этом ВЧ току частиц.

плазменная обработка переходит в режим неизбирательной обработки. Так, - 17 - - 18 13.05.2009 13.05.20например, при обработке поверхности с шероховатостью Ra = 1 мкм ( Ra — Установлено, что оптимальным диапазонам характеристик ионного потока, в котором происходит модификация поверхностных нанослоев конструксредняя высота микронеровностей) до значений энергии ионов Wi = 80 эВ ционных материалов являются: энергия ионов Wi= 40-80 эВ и плотность ионпроисходит избирательная обработка, при Wi > 80 эВ ионный поток ного тока ji=0,3-10 A/м2. Такие режимы плазменного воздействия создаются становится практически равномерным.

при следующих характеристиках работы установки: Рразр = 1,0-1,8 кВт, р= 26,6При уменьшении шероховатости поверхности степень фокусировки 79,8 Па, G= 0,04-0,06 г/с, расстояние от среза сопла плазмотрона в ВЧ индукионного потока падает, при этом воздействие плазмы на поверхность также ционном разряде 100-200 мм.

становится неизбирательным. Для сохранения степени фокусировки, а, следо- Поверхность исследованных материалов после плазменного воздействия вательно, и эффекта полировки становится более однородной, уменьшается высота микронеровностей, с понеобходимо уменьшать энергию верхности удаляются примесные дефекты.

ионов по мере обработки (табл. 3).Так Для достижения шероховатости, например, Ra=160-80 нм обработку необкак при этом уменьшается ходимо проводить в струе ВЧЕ разряда с энергиями ионов у поверхности обкоэффициент распыления материала, разца Wi=55-80 эВ и плотности ионного тока ji=0,3-0,9 А/м2. Максимальное то для сохранения эффекта полировки уменьшение шероховатости достигается при Wi=63 эВ и ji=1,5 А/м2.

необходимо увеличивать плотность В соответствии с результатами расчетов, представленными в 3-й главе, ионного тока на поверхность образца степень фокусировки ионного потока на неровностях рельефа поверхности меи/или время обработки.

таллов уменьшается при уменьшении шероховатости поверхности и увеличеТаким образом, несмотря на то, нии энергий ионов. Следовательно, для проведения процесса нанополировки что D hk, двойной электрический необходимо уменьшать энергию ионов, поступающих на поверхность матеРис. 2. Траектории движения ионов вблизи заряженной шероховатой поверхности (p = риала по мере уменьшения высоты микронеровностей.

слой может оказывать существенное Па, Pразр = 1 кВт, Ra = 32 нм). Центральная Наиболее эффективно применять плазменную полировку сплавов при знавлияние на характер взаимодействия прямая линия соответствует траектории иона, чении параметра шероховатости исходной поверхности не более 1250 нм. При вошедшего в слой над вершиной микронеров- плазмы с поверхностью. Роль двойноэтом за 30 минут обработки достигается значение параметра шероховатости ности, кривые линии показывают траектории го электрического слоя при обработке ионов, вошедших в слой между вершинами.

Ra=25 нм (рис. 3), то есть имеет место нанополировка поверхности.

поверхности материалов ионами низа) б) кой энергии (до 80 эВ) заключается в фокусировке ионного потока на локальных неоднородностях поверхностного заряда образца. Это позволяет использовать слабо интенсивные потоки (ji=0,3-5 A/м2) для модификации поверхностных нанослоев конструкционных материалов.

Таблица Влияние шероховатости поверхности на энергию ионов и плотности ионного тока при заданном коэффициенте фокусировки ионного потока Кф=3.

Шероховатость Ra, нм 1600 800 400 200 100 50 Энергия ионов Wi, эВ 90 80 65 50 30 20 Плотность ионного тока ji, А/м2 1,1 1,2 1,5 2,0 3,5 4,9 9,Рис. 3. Поверхность титанового сплава: а) до ВЧ плазменной обработки; б) после ВЧ плазменной Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований обработки (ВЧЕ разряд в аргоне, f=13,56 МГц, Pразр= 1,5 кВт, p=80 Па, G=0,08 г/с).

ВЧ плазменной нанополировки поверхности конструкционных материалов в Известно, что традиционные процессы полировки создают на поверхности атмосфере инертного газа при пониженных давлениях. дефектный слой, что может привести к ухудшению усталостных и прочностВ главе описаны комплекс методик исследования свойств модифициро- ных свойств поверхности. В связи с этим проведены сравнительные исследованных поверхностей и проведения экспериментальных исследований взаимо- вания физических свойств поверхности конструкционных материалов до и подействия неравновесной низкотемпературной плазмы с поверхностями конст- сле процесса ВЧ плазменной нанополировки.

рукционных материалов, применяемые материалы и оборудование, представ- В результате исследования состава поверхностного слоя образцов из сталены результаты исследования состава, структуры конструкционных материа- лей типа Х13 в поверхностном слое толщиной до 30 нм обнаружена повышенлов до и после обработки неравновесной низкотемпературной плазмой. ная концентрация атомов аргона и изменение концентрации элементов мате- 19 - - 20 13.05.2009 13.05.20риала образца. Так, в обработанных образах на глубине 10-30 нм наблюдается В результате экспериментальных исследований поверхностных слоев уменьшение концентрации железа, повышение концентрация азота, кислорода, вольфрамо-кобальтовых сплавов ВК6-ОМ, обработанных струйным ВЧ разряхрома и образование при этом нитридов и карбидов хрома. дом пониженного давления в смеси аргона и пропан-бутана обнаружен модиУстановлено, что при обработке материалов в струе ВЧ разряда понижен- фицированный поверхностный слой толщиной, в зависимости от продолжиного давления в диапазоне параметров p=13,3 – 133 Па, G=0,04 – 0,08 г/с, Ppазр= тельности обработки, от 70 до 420 нм (рис. 4). В структуре поверхностного 0,5 – 5 кВт, атомы инертного плазмообразующего газа проникают в поверхно- слоя можно выделить два подслоя: наружный – толщиной ~10 нм, содержащий стный слой на глубину до 100 нм, образуя захороненные слои. углерод в виде графита, и переходный толщиной от 10 нм до 70-420 нм, в коДля комплексной оценки влияния ВЧ плазменной обработки на эксплуата- тором присутствуют углерод в составе карбида вольфрама, углерод в алмазоционные свойства изделий производился фрактографический анализ изломов подобном состоянии и углерод в связях С-Н и С-О-Н. Границы перехода межобразцов после усталостных испытаний. Установлено, что у контрольных об- ду слоями показаны пунктирными линиями.

разцов очаги разрушения располагаются на двух противоположных сторонах.

После упрочнения по методу поверхностного пластического деформирования и плазменной обработки разрушение начинается с одной стороны.

Результаты металлографических исследований показали, что глубина модифицированного слоя составляет 20-30 мкм. Прочность образцов с плазменной обработкой близка к прочности образцов после поверхностнопластического деформирования.

ВЧ плазменная обработка сплавов металлов приводит к повышению усталостной прочности на 25-35% с одновременным уменьшением шероховатости на 2 класса и сохранением неизменными остальных физико-механических а) б) в) свойств (например, пластичности). При этом в поверхностном слое формируРис. 4. Распределение элементов по глубине образца в зависимости от времени обработки (плазмообразующий газ Ar (70% )+ C3H8 (30%), Ppазр=1,3 кВт, p = 133 Па, G=0,06 г/с):

ются сжимающие остаточные напряжения на глубине до 200 мкм.

I – наружный слой, II – переходный слой, III – основной сплав.

Исследования усталостных характеристик образцов и механических свойа) не обработанный; б) 120 секунд; в) 240 секунд.

ств показали, что в результате обработки в ВЧ плазме пониженного давления Как видно из рисунка, четко прослеживается тенденция к увеличению предел выносливости увеличивается на 25-30%, микротвердость увеличивается толщины модифицированного слоя в зависимости от времени обработки в ВЧ более чем на 10%, в поверхностном слое создаются сжимающие остаточные плазме пониженного давления. Скорость проникновения модифицированного напряжения, их эпюра становится более плавной, чем после ручной полировки.

слоя вглубь материала по мере обработки уменьшается по экспоненциальной Наибольшее изменение усталостных характеристик и механических зависимости.

свойств достигается в результате обработки в струе ВЧИ разряда пониженного Таким образом, выполненные экспериментальные исследования позволидавления при Wi=30-50 эВ и ji=5-15 А/м2 время плазменного воздействия 8-ли установить, что в диапазоне энергии ионной бомбардировки 10-100 эВ и мин. Глубина модифицированного слоя составляет 20 – 30 мкм.

плотности ионного тока на поверхность 0,1-5 А/м2 происходит модификация Для каждой разновидности ВЧ плазменной модификации имеется достаповерхностного слоя исследованных материалов толщиной 70-420 нм, в том точно узкий диапазон значений Wi, ji, в котором наблюдается изменения парачисле изменение состава приповерхностного нанослоя.

метров поверхностного слоя образца.

Результаты экспериментальных исследований показали, что при добавлеУстановлены закономерности изменения свойств модифицированных понии в плазмообразующий газ реагирующих газов (N2, O2, CO2, CH4, верхностей в зависимости от плотности ионного тока на поверхность образца и C3H8+С4H10) состав образцов из металлов и сплавов изменяется в большей стеэнергии ионов. Соответствующие функциональные зависимости носят немонопени, чем при обработке в среде чистого аргона. Рентгенограммы образцов из тонный характер.

титанового сплава ВТ1 после обработки в аргоновой ВЧ плазме с добавлением В пятой главе приведены результаты исследования процесса азота и кислорода показали наличие на поверхности монооксида титана ТiO и формирования нанодиффузных покрытий на поверхности конструкционных оксида Ti7O13. В образцах, обработанных в аргоновой плазме с добавлением материалов с помошью ВЧ плазмы пониженного давления в атмосфере технически чистого азота, зафиксировано повышение интенсивности линий химически активных газов.

Ti9O17; при малом расходе плазмообразующего газа – линий нитрида титана и при большем расходе - линий оксида Ti7O13. При обработке ВЧ плазмой метал- 21 - - 22 13.05.2009 13.05.20лов и сплавов может образоваться целый ряд оксидов и нитридов с небольшим химико-термической обработки, в частности, азотирование сталей. Происходит количеством каждого их них. Поэтому обнаруженные фазы могут быть не аномально быстрое проникновение атомов азота вглубь стали. Процесс азотиединственными, присутствующими в слое, а, скорее всего, самой многочис- рования в ВЧ плазме пониженного давления протекает в 8 раз быстрее «класиленной фазой или фазой, имеющей наиболее близкие межплоскостные рас- ческого» печного азотирования.

стояния к межплоскостным расстояниям нескольких оксидных или нитридных ВЧ плазменная обработка ускоряет также процессы самодиффузии в стафаз. Окисление поверхности образцов при обработке плазмой с добавлением лях. Следствием этого является ускорение процессов отпуска и рекристаллизаазота можно объяснить наличием примеси кислорода. ции по сравнению с обычной термической обработкой.

Образцы титановых сплавов обрабатывались ВЧ плазмой после отжига и Таким образом, механизм модификации поверхностных слоев конструкпредварительной электрохимической полировки. При рентгеноструктурных ционных материалов в потоке ВЧ плазмы пониженного давления состоит в исследованиях не выявлено появления новых фаз. Параметры решетки изме- следующем. Ионы плазмообразующего газа, обладающие энергией 40-80 эВ, няются довольно сильно в сторону увеличения как параметра a, так и c. При проникают в приповерхностный слой толщиной до 70 нм и образуют в нем измерении твердости, также как и для сплава ВТ1, обнаружена тенденция по- дефекты и дислокации. При использовании в качестве плазмобразующего газа вышения твердости поверхности после обработки в кислородосодержащей смеси аргона с азотом, кислородом, метаном, пропан-бутаном помимо возникплазме. новения в поверхностном слое дефектов, образуются, соответственно, нитриИсследования сталей типа Х13, Х18Н9Т, Сталей 20 и 30 показали, что в ды, оксиды, карбиды атомов обрабатываемого материала.

результате обработки в азотсодержащей ВЧ плазме пониженного давления при В результате диффузии дефектов структуры и атомов из нанослоев происнебольшом времени выдержки (15 мин.) происходит образование нитридных ходит газонасыщение глубинных слоев толщиной свыше 300 мкм, в поверхнофаз. Глубина проникновения азота в сталь при плазменном азотировании в те- стном слое образуются, в зависимости от используемого плазмообразующего чение 30 мин. больше, чем при печном азотировании в течение 28 часов. После газа нитриды, оксиды или карбиды элементов, входящих в состав материала воздействия ВЧ плазмы на поверхности образцов появляется коррозионно- образца. При этом скорость диффузии атомов газа в процессе ВЧ плазменного стойкая -фаза, толщина которой в 10 раз выше, чем при печном азотировании. газонасыщения в 2...5 раз превышает скорость диффузии при газонасыщении в Азотированные слои, получаемые в ВЧ плазме пониженного давления, разрядах постоянного тока.

имеют более тонкую дифференцировку фаз, различия в чередовании фаз, раз- Результаты коррозионных испытаний образцов из сталей и титановых личную морфологию нитридных фаз, большую разветвленность диффузионно- сплавов показали, что в результате воздействия ВЧ плазмы пониженного давго фронта. Выявленные структурные особенности показывают, что ВЧ плаз- ления происходит общее увеличение коррозионной стойкости, что объясняется менную обработку при пониженном давлении можно использовать для целе- образованием на поверхности модифицированного нанослоя.

направленного изменения структуры и состава сплавов, прецизионного микро- Как показано выше, при воздействии ВЧ плазмы в поверхностном слое и макро-упрочнения изделий. Аналогичные результаты получены при обработ- образцов стали и титана образуется защитная поверхностная диффузная пленке образцов в плазме аргона с добавлением углекислого газа, пропан-бутана, ка. На титане она состоит из оксидов титана, а в случае применения плазмы с кислорода. добавками азота – из нитридов титана. Эти пленки повышают коррозионную Таким образом, совокупность результатов по модификации поверхности стойкость сплавов. Пяти минут ВЧ плазменной обработки достаточно для обсплава ВК6-ОМ, сталей, титановых сплавов в потоке ВЧ плазмы пониженного разования в поверхностном слое сталей типа Х13 защитной коррозионностойдавления свидетельствует о том, что на поверхности образуются нанодиффуз- кой пленки.

ные покрытия. В шестой главе на основе результатов исследования взаимодействия неМикроструктура сталей и титановых сплавов после обработки в ВЧ плаз- равновесной низкотемпературной плазмы с конструкционными материалами ме пониженного давления изменяется. Характер изменения зависит от режима выбраны изделия и детали машиностроения, поверхности которых целесообобработки. разно модифицировать.

Установлено, что толщина модифицированного слоя коррелирует с тол- Результаты, полученные при плазменной модификации поверхности с цещиной скин-слоя. лью уменьшения ее шероховатости, показывают, что с помощью обработки Сопоставление результатов испытаний различных видов сталей и титано- неравновесной низкотемпературной плазмой можно осуществлять очистку, вых сплавов показало, что ВЧ плазменная обработка значительно ускоряет финишную подготовку поверхности перед нанесением покрытия. Так, напридиффузионные процессы, как из газовой среды в поверхностные слои материа- мер, плазменная обработка поверхности образцов из силумина, проведенная до ла, так и внутри него. В результате этого существенно ускоряются процессы хромирования, позволила повысить поверхностную активность, увеличить из- 23 - - 24 13.05.2009 13.05.20носо- и коррозионную стойкость в 1,5 раза, повысить термическую стабиль- износостойкость которого в 1,3 раза выше, чем после химической очистки, и, ность на 30% и адгезионную прочность в 2 раза, а также удалить рельефный и кроме того, позволяет наносить на него покрытие нитрида титана ионнотрещиноватый слои. Отличие очистки и финишной подготовки поверхности от плазменным методом.

плазменной полировки заключается в более низких значениях Wi и ji. Макси- ВЧ плазменная полировка зеркал гинекологических из сплава ВТ1 и стали мальная адгезионная прочность гальванического хромового покрытия достига- 12Х18Н10Т является финишной операцией и снижает значение параметра шеется после обработке в плазме аргона при Wi=55 эВ и ji=0,9 А/м2. роховатости поверхности Ra c 320 нм до 160-80 нм, за 5-15 минут обработки.

Проведены исследования финишной очистки поверхности образцов из по- Технологический процесс формирования нанодиффузного покрытия на лутеплостойких сталей типа Х13 перед нанесением на них ионно-плазменного поверхности стоматологических фрез в смеси аргона с пропан-бутаном позвопокрытия методом конденсации вещества ионной бомбардировкой. Обработка лил увеличить стойкость к истиранию в 4 раза. При сокращении времени обратаких материалов в плазме ВЧЕ разряда пониженного давления позволяет про- ботки материала до 10 мин, не происходит разрушения кристаллической водить очистку поверхности при температуре 50-200оС, что существенно ниже структуры материала по сравнению с традиционным высокотемпературным гатемпературы ионной очистки (400-500оС). Наиболее эффективно проводить зонасыщением, при котором происходит выкрашивание кристаллов карбида процесс очистки полутеплостойких сталей в режиме Wi=50 эВ и ji=0,8 А/м2. вольфрама. Сплав приобретает отличительный фиолетовый цвет.

Разработаны процессы модификации нано- и микрослоев, позволяющие в Технологический процесс азотирования нанослоев на поверхности ручек едином технологическом цикле проводить очистку (без нагрева) с одновре- скальпелей со съемными лезвиями из стали 08Х18Т1 позволяет повысить микменным удалением дефектных слоев и активацией поверхности, плазменную ротвердость поверхности на 25%, а износостойкость на 10%.

полировку с уменьшением шероховатости на 2 класса, повышение усталостной Применение совмещенного технологического процесса карбонитрировапрочности на 30% с перераспределением остаточных напряжений на глубине ния нанослоев поверхности ручек скальпелей со съемными лезвиями из стали до 200 мкм и достижением значений сжимающих напряжений 600…700 МПа, 08Х18Т1 с помощью ВЧ плазмы пониженного давления повышает микротверупрочнение с увеличением срока службы изделий в 1,5 – 1,8 раза при исполь- дость и износостойкость поверхности в большей степени, чем процессы традизовании инертного газа и в 2-3 раза – при использовании химически активных ционного печного азотирования и карбидирования.

газов, увеличивать коррозионную стойкость в 2 раза. Технологический процесс ВЧ пламенного упрочнения ультразвуковых хиРазработаны технологические процессы модификации нанослоев с целью: рургических и стоматологических инструментов из сплавов ВТ8 и ВТ10 позвоформирования нанодиффузных покрытий в поверхностном слое стоматологи- ляет заменить операции гидродробеструйного упрочнения и виброгалтовки.

ческих фрез из сплава ВК6-ОМ; ручек скальпелей со съемными лезвиями из Предел выносливости деталей увеличился на 30%, срок службы повысился в 2стали 08Х18Т1; ходовых винтов координатного устройства из стали 20; ульт- 2,5 раза, снизилась шероховатость поверхности, улучшился внешний вид.

развуковых хирургических и стоматологических инструментов из титановых Предложен техпроцесс обработки ВЧ плазмой пониженного давления месплавов ВТ1 и ВТ10; процессов нанополировки и финишной очистки поверх- таллокордов шинной промышленности. За счет такой обработки появляется ности боров твердосплавных с рабочей частью из сплава ВК-6ОМ и микрохи- возможность существенно улучшить состояние поверхности металлокорда, порургических инструментов из сталей типа Х13 перед нанесением покрытий высить его усталостную прочность и адгезию резины к металлокорду за счет ионно-плазменным методом, корпуса электроизмерительного прибора из си- удаления поверхностных загрязнений, оксидных пленок, технологических смалумина перед анодным оксидированием, веретена прядильной машины из зок, снижения шероховатости поверхности, увеличения прочности и стабильалюминиевого сплава перед гальваническим хромированием; нанополировки ности адгезионной связи «резина-металлокорд», залечивания микротрещин на поверхности зеркал гинекологических из титанового сплава ВТ1 и нержавею- поверхности материала, улучшения внутренней структуры материалов за счет щей стали 12Х18Н10Т; перераспределения дефектных слоев, что снизило вероятность возникновения Применение технологического процесса нанополировки и очистки твер- центров разрушения материалов при знакопеременных нагрузках.

досплавных боров и микрохирургических инструментов позволяет наносить на Установлено, что наиболее целесообразным являются применения ВЧ них покрытие нитрида титана ионно-плазменным методом. разрядов пониженного давления для финишной обработки, полировки и наноВЧ плазменная нанополировка и очистка корпуса электроизмерительного полировки, увеличения износостойкости металлов, повышения долговечности, прибора из силумина позволяет наносить на него износостойкое хромовое усталостной прочности.

гальваническое покрытие, адгезионная прочность которого достигает 103 МПа. Разработана технология регенерации алюмохромового катализатора, исВЧ плазменная нанополировка и очистка деталей из Д16Т перед процес- пользуемого в производстве изопрена. Основой катализатора является поросом анодного оксидирования позволяет получить равномерный слой оксида, шок Al2O3 с размером частиц 20-125 мкм и размером пор 2-5 нм, на который - 25 - - 26 13.05.2009 13.05.20нанесен катализатор Cr6+. Регенерация заключается в восстановлении его ак- плотность тока в струе плазмы j=(1–8)·102 А/м2, напряженность магнитного тивных свойств за счет удаления с внутренней поверхности пор осевших угле- поля Hz= 5–180 А/м, скорость потока 50-350 м/с, толщина СПЗ от 3 до 7 мм.

водородов и паров воды, и увеличения содержания Cr6+ с 0,7% до 1,2% по мас- 2. В результате комплексных экспериментальных исследований струй ВЧ се за счет восстановления Cr6+ из Cr3+. Применение ВЧ плазмы пониженного разрядов пониженного давления установлено, что в процессах модификации давления позволило существенно интенсифицировать процесс регенерации поверхностных нанослоев конструкционных материалов концентрация элекалюмохромового катализатора по сравнению с традиционным способом отжи- тронов непосредственно в окрестности образца возрастает в 2-2,5 раза, плотга в кипящем слое. При этом сам процесс регенерации получается более ща- ность электрического тока увеличивается в 1,1-2,5 раза. При этом характеридящий, что позволяет увеличить срок службы катализаторов. стики самих струйных разрядов практически не изменяются.

Предложена технология переработки битуминозных пород в струе ВЧ 3. В результате численных расчетов по построенной математической моразряда пониженного давления. Полное разложение породы достигается при дели теоретически обосновано, что в диапазоне энергий ионов Wi = 40-80 эВ и подаче ее в межэлектродный промежуток через плазмотрон в режиме Pd=2,1 плотности ионного тока ji=0,3-0,9 A/м2 возникает эффект фокусировки ионнокВт, G = 0,06 г/с, Gп до 0,06 г/с, р = 200-300 Па. В результате разложения поро- го потока на неоднородностях микро- и нанорельефа поверхности. Комплексды получается синтез-газ и минеральный остаток, в котором обнаружено около ные экспериментальные исследования показали, что в этом диапазоне характе30 элементов таблицы Менделеева, в том числе серебро, иттербий, ванадий и ристик ионного потока происходит модификация поверхностных нанослоев другие редкие металлы. конструкционных материалов.

На основе проведенных исследований предложена комплексная техноло- 4. В результате экспериментальных исследований, установлено, что при гия территориального и технологического совмещения добычи и переработки обработке конструкционных материалов струйным ВЧ разрядом пониженного высоковязких нефтей (ВВН) с попутным извлечением металлов с помощью ВЧ давления в диапазоне параметров (давление газа p=13,3 – 133 Па, расход газа плазменной обработки. Описанная технология позволяет комплексно добывать G=0,04 – 0,08 г/с, мощность разряда Ppазр= 0,5 – 5 кВт) атомы инертного плази перерабатывать ВВН и битуминозные породы с получением в качестве то- мообразующего газа проникают в поверхностный слой на глубину до 100 нм, варного продукта фракции масляных углеводородов, и концентратов редких образуя захороненные слои. При этом общая толщина модифицированного металлов, включающих ванадий и никель. Преимуществом технологии являет- слоя достигает 200 мкм.

ся практическая безотходность производства. 5. В результате экспериментальных исследований, установлено, что при В приложении содержатся акты внедрения результатов диссертационной обработке сплавов металлов струйным ВЧ разрядом пониженного давления в работы. Созданный комплекс оборудования и технологических процессов по- атмосфере химически активного газа образуется модифицированный поверхзволил повысить качество, надежность и долговечность изделий медицинской ностный слой толщиной от 10 нм до 70-420 нм в зависимости от времени обрапромышленности. Экономический эффект от внедрения составил 30 млн.руб. ботки. В структуре поверхностного слоя можно выделить два подслоя: наружВ ы в о д ы ный толщиной ~10 нм, содержащий углерод в виде графита, и переходный 1. В результате проведенных экспериментальных исследований установ- слой, толщиной, в зависимости от режима обработки, от 10 до 70-420 нм, в колен оптимальный диапазон изменения входных параметров струйной ВЧ плаз- тором присутствуют углерод в составе карбида вольфрама, углерод в алмазоменной установки (давление газа p=13,3-133 Па, расход газа G=0-0,12 г/с, по- подобном состоянии, и углерод в связях С-Н и С-O-Н. В результате диффузии требляемая мощность Pпотр=2,2-15 кВт), позволяющий реализовать режим сла- дефектов структуры и атомов из нанослоев происходит газонасыщение глубоинтенсивной низкоэнергетичной ионной бомбардировки, характеризуемый бинных слоев толщиной свыше 300 мкм, в поверхностном слое образуются, в энергиями ионов, поступающих на поверхность от 10 до 100 эВ при плотности зависимости от используемого плазмообразующего газа, нитриды, оксиды или ионного тока от 0,3 до 5 А/м2, в котором происходит модификация материалов карбиды элементов, входящих в состав материала образца. При этом скорость без преобладания распыления поверхностных слоев, и в котором достигается диффузии атомов газа в процессе ВЧ плазменного газонасыщения в 2...5 раз максимальное значение отношения мощности разряда Pразр к потребляемой выше скорости диффузии при газонасыщении в разрядах постоянного тока.

мощности Pразр/Pпотр = 0,6-0,7. При этом параметры плазмы струйного ВЧИ 6. Разработана физическая модель модификации нанослоев материалов в разряда пониженного давления изменяются в следующих диапазонах: концен- плазме струйного ВЧ разряда пониженного давления, утверждающая, что ионы трация электронов ne=1015-1019 1/м3, плотность тока в струе плазмы j=(1– химически активного плазмообразующего газа, обладающие энергией в диапа8)·102 А/м2, напряженность магнитного поля Hz= 20–200 А/м, скорость потока зоне 40-80 эВ, проникают в поверхностный слой материала толщиной до 100-500 м/с, толщина СПЗ от 0,1 до 0,3 мм. Для ВЧЕ струйного разряда пони- 20 нм, создают в нем дефекты и образуют химические соединения с атомами женного давления характерны: концентрация электронов ne=1015-1018 1/м3, материала. Воздействие ВЧ поля и импульсно-периодического потока электро- 27 - - 28 13.05.2009 13.05.2015. Патент № 2003921 (РФ). Устройство для транспортирования и разделения продукции скванов приводят к возникновению в поверхностном слое ВЧ токов, которые спожин/Сагбиев И.Р.,Махмудов Р.Х.,Хамидуллин Ф.Ф.,Ахсанов Р.Р.–Опубл. в Б.И.,1993,№43-44.

собствуют ускоренной диффузии дефектов и атомов плазмообразующего газа 16. Патент № 2004864 (РФ). Устройство для дегазации жидкости/ Ахсанов Р.Р., Сагбиев И.Р., Тухбатуллин Р.Г., Корчагин П.И.,. – Опубл. в Б.И., 1994, № 11.

и их соединений на глубину скин-слоя. В результате этого изменяется структу17. Заявка №2007143109/02(047207) от 12.11.2007г.. Решение о выдаче патента на изобретение от ра поверхностного слоя, происходит перераспределение в нем химических 23.03.2009г.. Способ обработки металлокорда/ Абдуллин И.Ш., Сагбиев И.Р элементов, входящих в состав сплава.

Материалы конференций, препринты, статьи.

7. Разработаны процессы модификации нано- и микрослоев, позволяющие 18. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р. Математическая модель взаимодействия плазмы в едином технологическом цикле проводить очистку (без нагрева) с одновревысокочастотного разряда пониженного давления с поверхностью твердых тел// Материалы VI Всерос. Сем. «Сеточ. Методы для краевых задач и приложения» / Казан. Гос. Ун-т, Ин-т мат.

менным удалением дефектных слоев и активацией поверхности, плазменную Моделир. РАН. - Казань, 2005. - С. 13-15.

полировку с уменьшением шероховатости на 2 класса, повышение усталостной 19. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Юсупов О.Д. Взаимодействие высокочастотной прочности на 30% с перераспределением остаточных напряжений на глубине плазмы пониженного давления с твердыми телами// Физика экстремальных состояний вещества - 2006. Сборник трудов.- Черноголовка: Институт проблем химической физики РАН, 2006. – до 200 мкм и достижением значений сжимающих напряжений 600…700 МПа, С.253-256.

увеличивать коррозионную стойкость в 2 раза, упрочнение с увеличением сро20. Абдуллин И.Ш., Сагбиев И.Р., Пальцев А.В. Регенерация активного нанослоя отработанного алюмохромового катализатора в ВЧ-плазме пониженного давления// Харьковская нанотехнока службы изделий в 1,5 – 1,8 раза при использовании инертного газа и в 2логическая Ассамблея - 2006. Сборник докладов.Т.I - Харьков: ННЦ «ХФТИ», ИПП «Кон3 раза – при использовании химически активных газов.

траст», 2006. – С.280-282.

21. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Юсупов О.Д. Формирование нанослоев с поРаботы по теме диссертации мощью высокочастотной плазмы пониженного давления// Харьковская нанотехнологическая Монографии и статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных Ассамблея - 2006. Сборник докладов.Т.I - Харьков: ННЦ «ХФТИ», ИПП «Контраст», 2006. – журналах, рекомендованных ВАК. Патенты С.283-285.

1. И.Ш.Абдуллин, В.С.Желтухин, И.Р.Сагбиев, М.Ф.Шаехов. Модификация нанослоев в высоко- 22. Желтухин В.С., Морозов С.В., Сагбиев И.Р., Сунгатуллин А.М.. Моделирование ионной бомчастотной плазме пониженного давления.–Казань: Изд-во Казан. технол. ун-та,2007. –356 с. бардировки в процессе ВЧ-плазменной модификации нанослоев// Харьковская нанотехнологи2. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кудинов В.В., Сагбиев И.Р.. Формирование нанофазных сис- ческая Ассамблея - 2006. Сборник докладов.Т.I - Харьков: ННЦ «ХФТИ», ИПП «Контраст», тем на поверхности металлов в высокочастотной плазме пониженного давления // Материало- 2006. – С.286-289.

ведение. -2007, № 9.- С. 52-56. 23. Low Pressure Radio-Frequency Plasmas in the Nanolayers Formation Processes on the Surface of 3. И.Ш. Абдуллин, В.С.Желтухин, В.В.Кудинов, И.Р.Сагбиев. Влияние обрабатываемого мате- Construction Materials // Proс. of Int. Conf. «Micro- and Nanotltctronics -2007». Oct. 1st – 5th, 2007., риала на свойства высокочастотного емкостного разряда пониженного давления // Материало- Moscow-Zvenigorod, Russia. / I.Sh.Abdullin, V.S.Zheltukhin, I.R.Sagbiev, R.F.Sharafeev.- P2-39.

ведение.- 2007, №11- С.51-55. 24. Абдуллин И.Ш., Сагбиев И.Р., Нанотехнологии в промышленность. // Матер. Докл. Междунар.

4. Сагбиев И.Р., Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Шарафеев Р.Ф. Регенерация активного нанос- Науч.-техн. И метод. конф. «Соврем. проблемы спец. техн. хим.» 21-22.12.2007 г.Казань.- С.3лоя отработанного алюмохромового катализатора в ВЧ плазме пониженного давления // Пер- 7.

спективные материалы.- 2007, №5.- С.93-96. 25. Сагбиев И.Р. ВЧ-плазменная модификация поверхностных нанослоев металлов. - Казань, 2007.

5. И.Ш.Абдуллин, В.С.Желтухин, О.В.Панкратова, И.Р.Сагбиев. Некоторые аспекты численного - 64 с. (Препринт / Казан. гос. технол. ун-т; ПТ-3.07) моделирования взаимодействия плазмы со сплошными и капиллярно-пористыми материалами 26. Сагбиев И.Р. ВЧ-плазменная модификация поверхности диэлектрических материалов и тонко// Уч. зап. Казан. гос. ун-та. Сер. физ.-мат. науки. 2007.- Т. 149, кн. 4.- С. 36-44. пленочных покрытий. - Казань, 2007. - 28 с. (Препринт / Казан. гос. технол. ун-т; ПТ-4.07) 6. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кудинов В.В., Сагбиев И.Р., Шарафеев Р.Ф. Формирование 27. Сагбиев И.Р. Исследование характеристик ВЧ плазмы пониженного давления в процессах обнанослоев на поверхности вольфрамо-кобальтового сплава низкоэнергетичной ионной бом- работки конструкционных материалов. - Казань, 2007. - 44 с. (Препринт / Казан. гос. технол.

бардировкой // Перспективные материалы.- 2008, №6.- С.88-91. ун-т; ПТ-5.07) 7. И.Ш.Абдуллин, В.С. Желтухин, В.В. Кудинов, И.Р.Сагбиев, М.Ф.Шаехов. Измерение характе- 28. Желтухин В.С., С.В.Морозов, Сагбиев И.Р. Теоретические исследования взаимодействия ВЧ ристик ионного потока на поверхность образца в ВЧ разряде пониженного давления // Физ. и плазмы пониженного давления с поверхностью материалов в процессах модификации наносхим. обработки материалов. -2008, № 6.- С.37-40. лоев. - Казань, 2007. - 24 с. (Препринт / Казан. гос. технол. ун-т; ПТ-6.07) 8. И.Ш.Абдуллин, В.С.Желтухин, И.Р.Сагбиев, М.Ф.Шаехов. Характеристики ионного потока на 29. Сагбиев И.Р. Исследование распределения концентрации электронов в плазме высокочастотповерхности образца в высокочастотной плазме // Вестн. КГТУ им. А.Н.Туполева.-2008, №3 – ного индукционного разряда пониженного давления при обработке материалов в смеси газов // С.73-74. Вестник Казан. Гос. Технол. Ун-та.- 2007, № 3-4. - С. 293-298.

9. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Шарафеев Р.Ф. Модификация поверхности ме- 30. Сагбиев И.Р. Формирование нанофазных систем на поверхности металлов в высокочастотной таллокорда в высокочастотной плазме //Вестн. КГТУ им. А.Н.Туполева.-2008,№3 –С.70-72. плазме пониженного давления// Вестник Казан. Гос. Технол. Ун-та.- 2007, № 3-4. - С. 289-293.

10. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Шарафеев Р.Ф. Модифицикация поверхностно- 31. Сагбиев И.Р. Характеристики высокочастотного емкостного разряда пониженного давления в го слоя вольфрамо-кобальтового сплава в высокочастотной плазме пониженного давления // процессах обработки материалов// Вестник Казан. Гос. Технол. Ун-та.- 2007, № 3-4. - С. 283Вестн. КГТУ им. А.Н.Туполева.- 2009, №1 – С. 72-74. 289.

11. И.Ш.Абдуллин, В.С.Желтухин, И.Р.Сагбиев, М.Ф.Шаехов. Влияние материала образца на ха- 32. Сагбиев И.Р. Исследование характеристик высокочастотного индукционного разряда понирактеристики ионного потока, поступающего на его поверхность в ВЧ индукционном разряде женного давления при обработке материалов в смеси газов// Вестник Казан. Гос. Технол. Унпониженного давления // Вестн. КГТУ им. А.Н.Туполева.- 2009,№1 – С. 70-72. та.- 2007, № 3-4. - С. 299-303.

12. А.с. № 1521978 (СССР). Герметизированная система трубопроводного транспорта/ Сагбиев 33. Сагбиев И.Р. Модифицирование поверхностных нанослоев металлов и сплавов в неравновесИ.Р. и др. – Опубл. в Б.И., 1989, № 42. ной низкотемпературной плазме// Вестник Казан. Гос. Технол. Ун-та.- 2007, № 5. - С. 117-122.

13. Патент № 1669485 (РФ) (взамен а.с. № 1669485 (СССР)). Устройство для разделения газонеф34. Сагбиев И.Р. Использование ВЧ плазмы пониженного давления для регенерации активного тяной смеси/ Сагбиев И.Р. и др. – Опубл. в Б.И., 1991, № 30.

нанослоя отработанного алюмохромового катализатора// Вестник Казан. Гос. Технол. Ун-та.- 14. Патент № 1761193 (РФ) (взамен а.с. № 1761193 (СССР)). Вертикальный газоотделитель/ Саг2007, № 6. - С. 48-51.

биев И.Р. и др. – Опубл. в Б.И., 1992, № 34.

- 29 - - 30 13.05.2009 13.05.2035. Желтухин В.С., Морозов С.В., Сагбиев И.Р. Математическое моделирование взаимодействия 51. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Юсупов О.Д. Высокочастотная плазма пониВЧ плазмы пониженного давления с поверхностью твердых тел // Материалы VII Всерос. Сем. женного давления в процессах формирования нанослоев на поверхности конструкционных ма«Сеточ. Методы для краевых задач и приложения» / Казан. Гос. Ун-т, Ин-т мат. Моделир. териалов // XXXIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС.

РАН. - Казань, 2007. - С. 106-108. Сборник докладов. - Звенигород, 2007. – С.255.

36. Сагбиев И.Р., Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Шарафеев Р.Ф. Высокочастотная плазма пони- 52. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р. Применение высокочастотной плазмы пониженного давления в процессах формирования нанослоев на поверхности конструкционных ма- женного давления для формирования нанослоев на поверхности конструкционных материалов териалов // В сб. IV Всероссийской научно-практической конференции «Защитные и специ- // Материалы Всероссийской (с международным участием) конференции «Физика низкотемпеальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении». - Пенза, ратурной плазмы – 2007». – Петрозаводск, 2007. – Стендовый доклад.

2007. - С.76-78. 53. Шарафеев Р.Ф., Сагбиев И.Р., Абдуллин И.Ш. Регенерация активного нанослоя отработанного 37. Сагбиев И.Р., Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Шарафеев Р.Ф. Газонасыщение твердых спла- алюмохромового катализатора в ВЧ плазме пониженного давления.// Материалы V Всероссийвов в высокочастотном емкостном разряде пониженного давления // В сб. IV Всероссийской ская научно-техническая студенческая конференция «Интенсификация тепло- и массообменнаучно-практической конференции «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхно- ных процессов в химической технологии». – Казань: Инновационно-издательский дом «Бутлести в машиностроении и приборостроении». - Пенза, 2007. - С.78-80. ровское наследие», 2007. – С.202-205.

38. Сагбиев И.Р., Абдуллин И.Ш., Шарафеев Р.Ф. Регенерация активного нанослоя отработанного 54. Желтухин В.С., Сунгатуллин А.М., Морозов С.В., Сагбиев И.Р. Математическое моделироваалюмохромового катализатора в ВЧ плазме пониженного давления // В сб. IV Всероссийской ние взаимодействия высокочастотной плазмы пониженного давления с капиллярно-пористыми научно-практической конференции «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхно- материалами // Тез. докл. XXXV Международной (Звенигородской) конференции по физике сти в машиностроении и приборостроении». - Пенза, 2007. - С.80-83. плазмы и УТС. - Звенигород, 2008. - С.224.

39. Сагбиев И.Р., Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Шарафеев Р.Ф. Формирование нанослоев на 55. Желтухин В.С., Морозов С.В., Сунгатуллин А.М., Сагбиев И.Р. Взаимодействие ВЧ плазмы поверхности конструкционных материалов низкоэнергетичной ионной бомбардировкой // В пониженного давления с поверхностью материалов в процессах модификации нанослоев // Тез.

сб. IV Всероссийской научно-практической конференции «Защитные и специальные покрытия, докл. XXXV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. - Звеобработка поверхности в машиностроении и приборостроении». - Пенза, 2007. - С.83-85. нигород, 2008. - С.225.

40. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Шаехов М.Ф. Измерение энергии ионов и ион- 56. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р. Высокочастотный разряд пониженного давленого тока на поверхность образца в ВЧ разряде пониженного давления // Материалы VI Рос. ния в процессах модификации нанослоев конструкционных материалов // Тез. докл. XXXV сем. «Соврем. средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окруж. Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. - Звенигород, 2008.

среды» / М.:МИФИ, 22-24.10.2008 г. - С. 80-83. - С.278.

41. Желтухин В.С., С.В.Морозов, Сагбиев И.Р. Исследование взаимодействия ВЧ плазмы пони- 57. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Шарафеев Р.Ф. Влияние обработки высокочасженного давления с поверхностью материалов в процессах модификации нанослоев // Сб. тр. V тотной плазмой пониженного давления на прочность связи металлокорда с резиной // Тез.

Междунар. Симп. по теорет. и прикл. Плазмохим. 3-8 сент. 2008 г. Иваново, Россия.- Т.2. – С. докл. XXXV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. - Зве434-437. нигород, 2008. - С.279.

42. В.А.Аляев, И.Р.Сагбиев, В.Г.Дьяконов и др. Теплофизические свойства теплоносителей и ра- 58. Желтухин В.С., Ольков Е.В., Сагбиев И.Р. Математическая модель высокочастотных плазмобочих тел энерготехнологических процессов и установок. Казань: Казан. Гос. Технол. Ун-т. - тронов пониженного давления // Тез. докл. XXXV Международной (Звенигородской) конфе2000. - 64 с. ренции по физике плазмы и УТС. - Звенигород, 2008. - С.302.

43. Сагбиев И.Р., Хайруллин И.Х. Анализ эффективности использования энергоресурсов на про- 59. Surface Layers Modification of Tungsten-Cobalt Alloy by Low Pressure RF Plasmas // Proс. of 61st мышленных предприятих (энергоаудит). Казань: Казан. Гос. Технол. Ун-т. – 2000. - 98 с. Annual Gaseous Electronics Conference. Oct. 13 – 17, 2008., Dallas, Texas, USA. / I.Sh.Abdullin, 44. Савиных Б.В., Сагбиев И.Р., М.А.Синицын. «Влияние электрических полей на теплообмен при V.S.Zheltukhin, I.R.Sagbiev, R.F.Sharafeev.- Abstract: FTP1.00021.

кипении» // Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. – Казань, Казан. Энергет. Ин-т, № 3-4, 2001. – 60. Simulation of Interaction Between RF Plasmas and Roughly Surface // Proс. of 61st Annual Gaseous С.125-129. Electronics Conference. Oct. 13 – 17, 2008., Dallas, Texas, USA. / I.R.Sagbiev, O.V.Pankratova, 45. Savinykh B.V., Mukhamadiev A.A., Gumerov F.M., Le Niendre B., Sagbiev I.R. Heat Transfer of V.S.Zheltukhin.- Abstract: MWP1.00032.

Dielectric Liquids in Electric Fields. // Pap. 12th Intern. Heat Transfer Conf. Grenoble, France, Aug. 61. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Шарафеев Р.Ф. О физическом механизме фор2002: Vol. 2.- P.567-573. мирования нанодиффузных покрытий в высокочастотной плазме пониженного давления // Тез.

46. Savinykh B.V., Mukhamadiev A.A., Sagbiev I.R. Influence of Electric Fields on Dielectric Liquids докл. XXXVI Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. - ЗвеPropertis.//Pap. 16th Europ. Conf. on Thermophysical Properties. London,UK,Sept.2002.-P.231-250. нигород, 2009. - С.305.

62. Курбангалеев М.С., Сагбиев И.Р. Использование компьютерных контролирующе-обучающих Апробация работ (тезисы конференций).

лабораторных работ имитационного типа (КОЛОРИТ) // Тез. докл. регион. (Поволжье, Урал) 47. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Юсупов О.Д. Взаимодействие высокочастотной науч.-метод. конф. «Актуальные проблемы непрерывного образования в современных условиплазмы пониженного давления с твердыми телами//. Тезисы XXI международной конференции ях» 2-4 февраля 1999 г. - С.107.

«Уравнения состояния вещества».- Эльбрус: 2006. – С.159.

63. Савиных Б.В., Сагбиев И.Р., Дьяконов В.Г., Вафин И.З., Синицын М.А., Д.Г.Амирханов «Теп48. Formation of the Surface Nanolayers on Metals and Hard Alloys Using Low Pressure RF Plasmas // лообмен в электрич еских полях» // Тез. докл. Всерос. науч. конф. «Тепло- и массообмен в хиProс. of Int. Symposium of the European Materials Research Society E-MRS IUMRS ICEM 20мической технологии», Казань: КГТУ, 2000. - С.65-66.

Spring Meeting «Current Trends in Nanoscience – from Materials to Applications». May 29 – June 64. И.Ш.Абдуллин, В.С.Желтухин, И.Р.Сагбиев, Р.Ф.Шарафеев. Формирование нанодиффузных 2, 2006., Nice, France. / I.Sh.Abdullin, V.S.Zheltukhin, I.R.Sagbiev, O.D.Yusupov.- P. A A2 69.

покрытий в ВЧ плазме пониженного давления / Казан. гос. технол. ун-т // Научная сессия (3-49. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р. Применение ВЧ плазмы пониженного давления февраля 2009 г.). Аннотации сообщений.– Казань, 2009. - С. 102.

для регенерации активного нанослоя отработанного алюмохромового катализатора // XXXIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. Сборник докладов. - Звенигород, 2007. – С. 283.

50. Желтухин В.С., Морозов С.В., Сагбиев И.Р., Сунгатуллин А.М.. Математическая модель взаСоискатель:

модействия ВЧ плазмы пониженного давления с шероховатой поверхностью // XXXIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. Сборник докладов. – Звенигород, 2007. – С.284.

- 31 - - 32






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.