История развития вакуумной техники

p align="justify">     - возможна точная дозировка легирующего  (имплантируемого) элемента;

     - введение вещества возможно с  практически неограниченной «растворимостью»  в твердом состоянии;

     - константы диффузии при ионной  имплантации практически не влияют  на образование сплава отсутствует проблема адгезии, так как нет поверхности раздела;

     - реализуется высокая контролируемость  и воспроизводимость;

     - размеры детали практически не  изменяются;

     - вводится очень малое количество  вещества, поэтому при необходимости  можно применять достаточно дорогое вещество, без существенного удорожания технологии;

     - менее жесткие требования к  чистоте легирующих материалов, поскольку они разделяются по  массам в сепараторе перед  ускорителем;

     -  процесс реализуется при низких  температурах;

     - имеют место простые методы защиты поверхностей, не требующих обработки ионной бомбардировкой;

     - многократная имплантация с изменяющимся  ускоряющим напряжением позволяет  осуществлять нужное распределение  имплантированного элемента по  глубине поверхностного слоя. 

     4.3 Нанесение ионно-плазменных покрытий.

     Развитие  вакуумной плазменной техники позволило  повысить качество существующий покрытий и разработать новые составы  на основе карбидов, нитридов и карбонитридов  тугоплавких металлов, а также  алюминия и хромах.

       Вакуумная ионно-плазменная технология  нанесения покрытий, получившая  широкое распространение в различных  отраслях машиностроения, главным  образом для повышения износостойкости  изделий, может с успехом применяться в любых отраслях промышленности.

     Нанесение покрытия происходит следующим образом: В вакуумной камере размещен катод. Между корпусом камеры и катодом возникает электрическая дуга. Из катодного пятна вылетают ионы, электроны и нейтральные частицы, которые направленным потоком летят к изделию, расположенному внутри камеры. Вначале частицы как бы разрыхляют поверхностный слой изделия, эффективно очищая его и нагревая до 300-500 oС. Далее происходит насыщение поверхностного слоя ионами того материала, из которого изготовлен катод. Если в камеру вводят различные газы (например, азот- или углеродосодержащие) на поверхности изделия формируются нитридные и карбидные покрытия. [7]

     Широкое распространение получили покрытия из нитрида титана. Покрытия из нитрида титана наносят не только на металлы, но и на стекло, и на камеру. Такие покрытия отличаются прочным сцеплением с материалом изделия и высокой износостойкостью.

     При нанесении покрытий ионно-плазменным методом предъявляют очень жесткие требования к качеству поверхности изделий. На поверхности не должно быть посторонних загрязнений (ржавчины, масла, других неметаллических материалов).  

     4.4 Ионное азотирование [8]

     Азотирование - это процесс диффузионного насыщения  поверхностного слоя сталей и сплавов  азотом при нагревании в соответствующей  среде. Азотирование чаще проводится при 500…600ºС (низкотемпературное азотирование) в α-фазе, азотирование жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов (Ti, Mo, Nb, V и др.) при 600…1200ºС (высокотемпературное азотирование).

     Азотированию  можно подвергать любые стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, а также чугуны. Азотированные материалы имеют высокую поверхностную прочность, не изменяющуюся при температурах эксплуатации; высокую износостойкость и низкую склонность к задирам; высокое сопротивление кавитации и коррозии в атмосфере, пресной воде и паре.

     Ионное  азотирование - эффективный метод  для деталей из легированных конструкционных  сталей: шестерен, зубчатых венцов, вал-зубчатых шестерен, валов, прямозубых, конических и цилиндрических шестерен, муфт, валов-шестерен сложной геометрической конфигурации и др.

     Ионно-плазменное азотирование наиболее эффективно при обработке крупносерийных однотипных деталей: шестерен, валов, осей, зубчатых валов, вал-зубчатых шестерен и др.

     Ионно-плазменное азотирование позволяет существенно снизить коробление и деформацию деталей при сохранении шероховатости поверхности в пределах Ra = 0,63... 1,2 мкм, что позволяет в использовать ИПА как финишную обработку.

     Ионное  азотирование осуществляется с помощью  метастабильной формы тлеющего разряда. В результате энергии ионов газа, бомбардирующих поверхность, детали нагреваются до температуры азотирования при одновременной диффузии ионов азота в обрабатываемую поверхность. Все важные процессы в плазме тлеющего разряда, такие как возбуждение, ионизация, диссоциация, а также рекомбинация происходят в так называемой области катодного падения потенциала.

     В настоящее время в промышленности широко используются перспективные методы химико-термической обработки. Целью азотирования является получение на детали прочного поверхностного слоя, обладающего нужными параметрами.

     В печи создаётся глубокий вакуум. Затем  происходит нагрев находящихся в  садке деталей. В печь подаётся газ  процесса и создаётся высокий электропотенциал между деталью и стенкой печи. Газ переходит в состояние плазмы, ионы его, обладая высокой энергией, диффундируют в поверхность металла и образуют диффузионный слой, а по насыщению реагируют с атомами железа химически, образуя твёрдый поверхностный слой. Инно- плазменное азотирование является экономичным, обеспечивает стабильное качество обработки.

 

     

     5  Эксперимент как  способ отработать  новую технологию. 

     Непрерывный и все увеличивающийся поток  научных исследований, заметный рост числа людей, занимающихся наукой, превращение  профессии научного работника в массовую профессию — все это не только стимулирует общий интерес к проблемам научного познания, но и требует анализа и разработки методов исследования, используемых в современной науке. При попытке  создания новых технологий, (в частности новых ВИПТ процессов), исследователи не раз проверяя и отрабатывая производят эксперименты, основываясь на полученных данных утверждают о новых достижениях и открытиях.

     Эксперимент рассматриваемый как определенный вид научной деятельности, имеет особое значение в научном познании, и играет в нем большую роль, которая, несомненно постоянно возрастает [9].

     Любой эксперимент, представляет такой метод  эмпирического исследования, при  котором ученый воздействует на изучаемый  объект с помощью специальных материальных средств (экспериментальных установок и приборов) с целью получения необходимой информации о свойствах и особенностях этих объектов или явлений.

     По  методу и результатам исследования все эксперименты можно разделить  на качественные и количественные. Как правило, качественные эксперименты предпринимаются для того, чтобы выявить действие тех или иных факторов на исследуемый процесс без установления точной количественной зависимости между ними. Такие эксперименты скорее носят исследовательский, поисковый характер: в лучшем случае с их помощью достигается предварительная проверка и оценка той или иной гипотезы или теории, чем их подтверждение или опровержение. Количественный эксперимент строится с таким расчетом, чтобы обеспечить точное измерение всех существенных факторов, влияющих на поведение изучаемого объекта или ход процесса. Проведение такого эксперимента требует использования значительного количества регистрирующей и измерительной аппаратуры, а результаты измерений нуждаются в более или менее сложной математической обработке.

     В процессе научного наблюдения исследователь  руководствуется некоторыми гипотезами и теоретическими представлениями  о тех или иных фактах. Прежде чем поставить эксперимент, надо не только располагать его общей идеей, но и тщательно продумать его план, а также возможные результаты.

     Выбор того или иного типа эксперимента, так же как и конкретный план его  осуществления, в существенной степени  зависит от той научной проблемы, которую ученый намеревается разрешить  с помощью опыта.[10]

     Поскольку каждый эксперимент призван решать определенную теоретическую проблему: будь то предварительная оценка гипотезы или ее окончательная проверка, - постольку при его планировании следует учитывать не только наличие  той или иной экспериментальной техники, но и уровень развития соответствующей отрасли знания, что особенно важно при выявлении тех факторов, которые считаются существенными для эксперимента.

     Все это говорит о том, что план проведения каждого конкретного  эксперимента обладает своими специфическими чертами и особенностями. Не существует единого шаблона или схемы, с помощью которых можно было бы строить эксперимент для решения любой проблемы в любой отрасли экспериментальных наук. Самое большее, что можно здесь выявить, - это наметить общую стратегию и дать некоторые общие рекомендации по построению и планированию эксперимента.

     Всякий  эксперимент начинается с проблемы, которая требует экспериментального разрешения. Чаще всего с помощью  эксперимента осуществляется эмпирическая проверка какой-либо гипотезы или теории. Иногда он используется для получения недостающей информации, чтобы уточнить или построить новую гипотезу.[11]

     Как только научная проблема точно сформулирована, возникает необходимость выделить факторы, которые оказывают существенное влияние на эксперимент, и факторы, которые можно не принимать во внимание. [12]

     Следующим этапом в осуществлении эксперимента является изменение одних факторов при сохранении других относительно неизменными и постоянными. Пожалуй, в этом наиболее ярко проявляется отличие эксперимента от наблюдения, так как именно возможность создания некоторой искусственной среды дозволяет исследователю наблюдать явления при условиях, обеспечивающих ход процесса «в чистом» виде. Допустим, известно, что изучаемое явление зависит от некоторого числа существенных свойств или факторов. Чтобы установить роль каждого из них, а также их взаимосвязь друг с другом, надо выбрать сначала два каких-либо свойства. Сохраняя все другие существенные свойства или факторы постоянными, заставляем одно из выбранных свойств изменяться и наблюдаем, как ведет себя другое свойство или фактор. Таким же способом проверяется зависимость между другими свойствами. В результате экспериментально устанавливается зависимость, которая характеризует отношение между исследуемыми свойствами явления. После обработки данных эксперимента эта зависимость может быть представлена в виде некоторой математической формулы или уравнения. [11]

     Если  в планировании эксперимента предусматривается  только выявление существенных факторов, влияющих на процесс, то такого рода эксперименты часто называют факторными. В большинстве случаев, в особенности в точном естествознании, стремятся не только выявить существенные факторы, но и установить формы количественной зависимости между ними: последовательно определяют, как с изменением одного фактора или величины соответственно изменяется другой фактор. Иными словами, в основе указанных экспериментов лежит идея о функциональной зависимости между некоторыми существенными факторами исследуемых явлений.

     Однако  какой бы эксперимент ни планировался, его проведение требует точного  учета тех изменений, которые  экспериментатор вносит в изучаемый  процесс. Это требует тщательного  контроля как объекта исследования, так и средств наблюдения и измерения.[13]

     Большая часть экспериментальной техники  служит для контроля тех факторов, характеристик или свойств, которые  по тем или иным причинам считаются  существенными для исследуемого процесса. Без такого контроля нельзя было бы достичь цели эксперимента. Техника, которая используется в эксперименте, должна быть не только практически проверена, но и теоретически обоснована. Если эксперимент должен служить критерием истинности научного знания, то вполне естественно, что он должен опираться только на хорошо проверенное и надежное знание, истинность которого установлена вне рамок данного эксперимента.

     Зависимость эксперимента от теории сказывается  не только при планировании, но в  еще большей степени при истолковании его результатов.

     Во-первых, результаты любого эксперимента нуждаются в статистическом анализе, чтобы исключить возможные систематические ошибки. Такой анализ становится особенно необходимым при осуществлении экспериментов, в которых исследуемые факторы или величины заданы не индивидуальным, а статистическим образом. Но даже при индивидуальном задании, как правило, производят множество различных измерений, чтобы исключить возможные ошибки. В принципе статистическая обработка результатов эксперимента, в котором исследуемые величины заданы индивидуально, ничем не отличается от обработки данных наблюдения.

     Во-вторых, результаты эксперимента, подвергшиеся статистической обработке, могут быть по-настоящему поняты и оценены только в рамках теоретических представлений  соответствующей отрасли научного знания. Вот почему истолкование результатов экспериментального исследования приобретает такое важное значение для понимания и объяснения этих результатов. [13]