книги / Изучение функциональных свойств многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонентных нитридов тугоплавких металлов и их соединений с легкоплавкими металлами и неметаллами

27. Откачать вакуумную камеру до давления 1,33·10–3 Па

(1·10–5 мм рт. ст.).

28.Открыть баллоны с N2 к Ar и установить расход газа в системе газонапуска в соответствии с технологическим процессом.

29.В камеру подать Ar до остаточного давления 1,3 Па.

30.Включить резистивный нагреватель на 2-й ступени (напряже-

ние – 26 В, ток – 115 А).

31.УстановитьтокнаоснасткесТИ, ПТитестовымиобразцами0,2 А.

32.Включить высоковольтный источник питания.

33.Постепенно поднять высокое напряжение на оснастке с ТИ, ПТ

итестовыми образцами до величины 600 В, обеспечивающую необходимую интенсивность горения тлеющего разряда. По мере снижения частоты появления микродуг необходимо плавно поднимать напряжение до 800 В. За изменением интенсивности микродуг наблюдать визуально и по показаниям амперметра. Об окончании процесса очистки в тлеющем разряде судить по отсутствию микродуг на поверхности.

34.Провести очистку ТИ, ПТ и тестовых образцов в тлеющем разряде в течение 30 мин с нагревом ТИ и ПТ по всему сечению до температуры 400…430 К со скоростью нагрева 10 К/мин для высокой степени прогрева ТИ, ПТ и тестовых образцов при температурах ниже, чем температура отпуска их материала, в частности, полутеплостойких, теплостойких инструментальных и конструкционных сталей. Контроль температуры осуществляют с помощью пирометра.

35.Выключить резистивный нагреватель, не снимая высокого напряжения с оснастки с ТИ, ПТ и тестовыми образцами.

36.Откачать вакуумную камеру до давления 2,5·10–2 Па

(3,33·10–5 мм рт. ст.).

37.Произвести кратковременную ионную очистку – нагрев ТИ, ПТ

итестовых образцов одним электродуговым испарителем с Ti катодом, расположенным на расстоянии 270 мм от поверхности ТИ и ПТ в соответствии с пп. 3.1.1.2.11–3.1.1.2.14 приложения 1. Ионную очистку провести в среде Ar при токе дуги 75 А с постепенным увеличением высокого напряжения до 1000 В в течение 2 мин с нагревом ТИ, ПТ и тестовых

образцов до Тподл = 665…695 К со скоростью нагрева 15 К/мин, контролируемой пирометрическим методом. Пирометр следует наводить на острые кромки в связи с тем, что скорость нагрева острых кромок ТИ и ПТ значительно выше, чем их основа.

201

38.Снять высокое напряжение с оснастки с ТИ, ПТ и тестовыми образцами, не выключая дуговой испаритель с Ti катодом, включить второй дуговой испаритель с Ti катодом и подать на него ток 75 А.

39.Подать опорное напряжение 200 В на оснастку с ТИ, ПТ и тестовыми образцами.

40.Подать в камеру N2 и системой газонапуска обеспечить его соотношение к Ar в газовой смеси 90 / 10 %.

41.Установить давление в камере 0,75 Па.

41.1.Вывести ручку потенциометра «Задатчик давления» в крайнее левое положение и переключатель «10В-Авт» на блоке НРРГ поставить

вположение «Авт».

41.2.Установить давление в камере 0,75 Па вращением ручки потенциометра «Задатчик давления». Возможны колебания давления на 15 % от установленного.

41.3.Минимизировать колебания давления от установленного, вращая отверткой подвижный сердечник напускного клапана. Подтянуть уплотнение подвижного сердечника.

42. Включить механизм вращения, нажав на кнопку «Вперед» или «Назад», ручкой потенциометра «об/мин» установить скорость вращения подложкодержателя 10 об/мин.

43. Провести в течение 3 мин осаждение нижнего поликристаллического TiN слоя.

Примечание. Контролируют температуру нижнего TiN слоя, которая не должна быть меньше 670…700 К.

44. Нанести чередующиеся наноструктурированные TiN слои электродуговым испарением двух Ti катодов в газовой смеси Ar и N2 и наноструктурированные Ti1–хAlхN слои электродуговым испарением двух Ti катодов и одного Al катода в газовой смеси Ar и N2.

Примечание. Ti катоды расположены от поверхности острых кромок ТИ и ПТ на расстоянии 100 мм и Al катод – на расстоянии 270 мм.

44.1.Не выключая дуговые испарители с Ti катодами и не изменяя

соотношение в газовой смеси N2 и Ar, увеличить опорное напряжение на оснастке с ТИ, ПТ и тестовыми образцами до 280 В, поддерживать давление

вкамере 0,75 Па.

44.2.Нанести наноструктурированный TiN слой электродуговым испарением двух Ti катодов в течение 3 мин с его нагревом до 685…710 К.

44.3.Включить дуговой испаритель с Al катодом.

202

44.4.Не изменяя опорного напряжения на оснастке с ТИ, ПТ и тестовыми образцами и тока дуги на дуговых испарителях с Ti катодами, подать на дуговой испаритель с Al катодом ток дуги 75 А.

44.5.Не изменяя опорного напряжения на оснастке с ТИ, ПТ и тестовыми образцами, поддерживать давление газовой смеси 0,75 Па и нанести наноструктурированный Ti1–хAlхN слой одновременным испарением двух

Ti и одного Al катода при нагреве слоя до температур 690…720 К

втечение 3 мин.

44.6.Выключить дуговой испаритель с Al катодом.

44.7.Повторить последовательно пп. 44.1–44.6 не менее трех раз.

Примечание. Осаждение чередующихся •TiN-Ti1–хAlхN• слоев проводят до достижения температуры верхнего слоя 730…760 К, причем последним наносят наноструктурированный Ti1–хAlхN слой. Контроль температуры осуществлять пирометром.

45.После окончания процесса осаждения многокомпонентной мно-

гослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки снять опорное напряжение, выключить дуговые испарители.

46.Закрыть электромеханический затвор.

47.Через 5 мин выключить силовой блок установки.

48.Нажатькнопку«0», расположеннуюподкнопками«Газ1» и«Газ2».

49.Закрыть редукторы на баллонах с газом.

50.Отключить механизм вращения, нажав на кнопку «Стоп».

51.Отключитьподачуохлаждающейводывэлектродуговыеиспарители.

52.За 15…20 мин до выгрузки деталей включить прогрев камеры согласно п. 9.

53.Охладить ТИ, ПТ и тестовые образцы с многокомпонентной мно-

гослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленкой в вакуумной камере в среде Ar в течение 10 мин.

54.Охладить ТИ, ПТ и тестовые образцы с многокомпонентной мно-

гослойной TiNп.с.-•TiNн.с.-Ti1–хAlхNн.с.•-Ti1–хAlхNн.с. пленкой в вакуумной камере без Ar – 20 мин.

55.По достижении температуры ТИ, ПТ и тестовых образцов с мно-

гокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленкой менее 323 К напустить в вакуумную камеру воздух, нажав на кнопку

«Воздух». Включить зануление.

56. Открыть крышку вакуумной камеры и произвести выгрузку упрочненных ТИ, ПТ и тестовых образцов в х/б перчатках.

203

57.Закрыть крышку вакуумной камеры.

58.Откачать вакуумную камеру согласно п. 3.1.1.2.10 приложения 1.

59.Отключить нагреватели диффузионных насосов.

60.Через 1 час после отключения диффузионных насосов закрыть форвакуумный клапан.

61.Выключить форвакуумный насос.

62.Отключить компрессор, закрыть воду.

63.Поместить упрочненные ТИ и ПТ в металлическую закрывающуюся тару.

64.Оформить записи в рабочем журнале.

65.Привести в порядок рабочее место.

66.Произвести выходной контроль.

66.1.Произвести визуальный контроль на равномерность цвета, дефекты поверхности, сплошности поверхности: сколы, трещины, раковины. Отбракованные упрочненные ТИ и ПТ отправить руководителю работ.

66.2.Произвести контроль микротвердости многокомпонентной мно-

гослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленкой на тестовых образцах с использованием микротвердомера ПМТ-3.

66.3.Изготовить микрошлиф и излом МП.

66.4.Исследовать морфологические особенности поверхности мно-

гокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки с использованием оптического металлографического микроскопа.

66.5.Измерить на изломе толщину многокомпонентной многослой-

ной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки.

66.6.Изучить хрупкость многокомпонентной многослойной TiNп.с-

•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки (отпечаток микротвердости при нагрузке2 Ндолженсоответствовать№1 и2 шкалыинструкцииВИАМ).

66.7. Изучить адгезионную прочность многокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки при нанесении алмазным индентором сетки с интервалом царапин 0,5 мм глубиной до основного материала.

Примечание. Не должно быть сколов ни в одном из углов квадратов сетки.

66.8. Шероховатость поверхности многокомпонентной многослойной

TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленки должна быть не выше Rа 0,08. 66.9. На всей поверхности ТИ и ПТ не должно быть следов грязи на

бязевой салфетке.

204

Дополнение. В соответствии с оптимальной технологией электродуговым испарением может быть получена многокомпонентная многослойная TiNп.с-•TiNн.с-TiхZr1–хNн.с•-TiхZr1–хNн.с пленка с комплексом высоких фи- зико-механических, трибологических и коррозионных свойств в низкотемпературных условиях электродугового испарения, обладающая по сравнению с многослойной TiNп.с-•TiNн.с-Ti1–хAlхNн.с•-Ti1–хAlхNн.с пленкой другим комплексом физико-механических и трибологических свойств.

Для получения многокомпонентной многослойной TiNп.с-•TiNн.с- TiхZr1–хNн.с•-TiхZr1–хNн.с пленки необходимо повторить пп. 2–66, заменив материал катода с Al на Zr.

205

Приложение 8

ОЦЕНКАЭКОНОМИЧЕСКОГОЭФФЕКТАУПРОЧНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГОИНСТРУМЕНТАИПАРТРЕНИЯПУТЕМ ОСАЖДЕНИЯМНОГОСЛОЙНЫХПЛЕНОКНАОСНОВЕ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХTIN, ZrN, ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ TIХZr1–ХN, TI1–ХAlХN ИМНОГОКОМПОНЕНТНЫХ

TI-B-SI-N СЛОЕВПЛЕНОК

Окупаемость вложенных средств при объеме (среднегодовом) производства 42…44 тыс. изделий (при средней цене условного изделия 1 тыс. руб.) составит 7 лет. Объем предполагаемой прибыли за семь лет при условии ежегодногороста производствасоставит290 млнруб. (табл. 1).

Таблица 1

Расчет экономической эффективности

Разработанные технологии упрочнения ТИ и ПТ позволяют сообщить поверхности ТИ и ПТ многофункциональные эксплуатационные характеристики.

Маркетинговые исследования выявили потребность на первом этапе в упрочнении следующих деталей: фрез, сверл, резцов.

206

Калькуляция себестоимости упрочнения одной единицы ТИ и ПТ приведена в табл. 2.

Цена реализации упрочнения ТИ и ПТ в соответствии с разработанными технологиями устанавливается в размере 180 % от полной себестоимости упрочнения. Рыночные исследования, проведенные автором работы, показали, что такое ценообразование является вполне обоснованным, и потенциальные заказчики выразили готовность пользоваться такими услугами по указанной цене.

Установление цены реализации на уровне 180 % от себестоимости упрочнения позволяет создать некий «запас» предприятию, который позволит в случае повышения цен конкурентами при увеличении себестоимости упрочнения сохранить доходность предприятию без повышения цен.

Финансовый план инвестиционного проекта спрогнозирован на 3 года. Шаг расчета выбран равным 1 году. Первый год связан с изучением причин низкой работоспособности ТИ и ПТ в конкретных условиях эксплуатации. В четвертом квартале первого года предприятие оказало опытную партию услуг по упрочнению в размере 500 фрез, 500 сверл и 150 резцов. Начиная со второго года предприятие выходит на проектную мощность в размере 10 000 фрез, 11 000 сверл и 20 000 резцов.

Расчеты предоставлены в текущих ценах в табл. 3. Отчет о движении денежных средств приведен в табл. 4.

Критерии эффективности упрочнения партии ТИ и ПТ рассчитывались на основе вышеприведенного расчета денежного потока (табл. 5). Ставка дисконтирования денежных потоков взята на уровне 25 %, что позволяет учесть риски инвестиционного проекта.

NPV основан на определении чистого дисконтированного дохода, выступающего в качестве показателя интегрального экономического эффекта

207

от процесса упрочнения партии ТИ и ПТ. Метод основан на сопоставлении исходящих инвестиций с общей суммой дисконтированных денежных поступлений в течение прогнозного периода.

Таблица 3

Расчет прибыли в текущих ценах

208

Таблица 4

Отчет о движении денежных средств

Таблица 5

Расчет денежного потока

209

NPV выполнения работ за 3 года получился равным (при ставке дисконтирования 25 % с учетом капитализации) 368,5 тыс. руб., NPV > 0, таким образом, подтверждена инвестиционная привлекательность процесса упрочнения по разработанным технологиям.

Индекс прибыльности процесса упрочнения составил 1,6. Данный показатель более точно, чем другие, характеризует эффективность вложений и среднюю за период эффективность использования средств, рассчитанную с учетом времени:

где IRR показывает ожидаемую доходность проекта и, следовательно, максимально допустимый относительный уровень рентабельности, который связан с этим инвестиционным проектом.

Ожидаемая доходность инвестиционного проекта равна 29,44 %. Данный показатель доходности проекта является допустимым для всех предприятий.

Расчет простого и дисконтированного периода окупаемости процесса упрочнения партии ТИ и ПТ дал следующие результаты:

–РР (период окупаемости) простой – 25 месяцев (2,1 года);

–РР (при ставке дисконтирования 25 % с учетом капитализации) – 35 месяцев (2,9 года);

–удельнаядоходность процессаупрочнения (PSR) равна94,44 тыс. руб. Сводная таблица критериев экономической эффективности процесса

упрочнения приведена в табл. 6.

Таблица 6

Сводная таблица критериев экономической эффективности процесса упрочнения

Значение критериев эффективности процесса упрочнения по организации упрочнения и защиты ТИ и ПТ является инвестиционно привлекательным и экономически эффективным.

210