Материал: kursach_marat

Рис. 2.7. Кривые термического цикла при W_и = 50 Дж

R=0

R=0,096см

R=0,116 см

R=0,14см

Полученные данные из графиков сводим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5.

Анализируя полученные зависимости следует отметить, что с увеличением энергии теплового источника увеличивается время достижения максимальной температуры, увеличивается время роста зерна.

2.5. Построение зависимости времени пребывания выше температуры закалки по глубине от параметров обработки

Зависимость времени пребывания выше температуры закалки от энергии теплового источника W_И (рис. 2.8)

Рис. 2.8. График зависимости времени пребывания выше температуры

закалки от энергии теплового источника

Из графика видно, что при увеличении энергии теплового источника увеличивается время пребывания выше температуры закалки. Это объясняется тем, что с увеличением энергии теплового источника увеличивается мощность излучения, а следовательно повышается температура обрабатываемой поверхности и материал дольше находится выше температуры закалки.

2.6. Построение зависимостей изменения глубины зон проплавления, закалки и отпуска в зависимости от параметров обработки

Зависимость изменения глубины проплавления от величины энергии теплового источника (рис. 2.9)

Рис. 2.9. График зависимости изменения глубины проплавления от величины энергии теплового источника

Зависимость изменения глубины закалки от величины энергии теплового источника (рис. 2.10)

Рис. 2.10. График зависимости изменения глубины закалки от величины энергии теплового источника

Зависимость изменения глубины отпуска от величины энергии теплового источника (рис. 2.11)

Рис. 2.11. График зависимости изменения глубины отпуска от величины энергии теплового источника

Из приведённых выше графиков видно, что с увеличением энергии теплового источника глубина проплавления, закалки и отпуска также увеличиваются. Это объясняется тем, что с увеличением энергии теплового источника увеличивается мощность излучения, а следовательно повышается температура обрабатываемой поверхности.

3. Физико-химические процессы на поверхности твёрдого тела при вакуумной ионно-плазменной обработке

Исходные данные:

P_газа =2 ·10^-4 мм рт. ст.= 2 ·10^-4 133,3=266,6 ·10^-4 Па;

U_п = 180 В;

T_ст = 300 К;

T_п = 427°С = 700 К;

I_р =170 А;

Соединение: СrB₂.

Необходимо определить:

- ионный ток насыщения j_{i max}

-толщину двойного слоя, определяемую дебаевским радиусом экранирования λ_D

- потоки ионов металла и молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени n_i, n_г

- энергию, выделяемую на поверхности конденсации за единицу Δq

- количество газа, вступившего в реакцию с металлом n_x

- содержание неметалла C_x в соединении

- пороговое значение потенциала подложки U_пкр

3.1 Расчёт ионного тока насыщения

При подаче на обрабатываемую поверхность, находящуюся в плазме, достаточно высокого отрицательного потенциала на поверхность поступает ионный ток насыщения, величина которого в неравновесной плазме дается формулой

, [2] (3.1)

где μ_р – коэффициент эрозии катода;

- среднее зарядовое число ионов хрома;

m_i – масса конденсирующегося иона хрома, кг

(m_i=86,32·10^-27 кг);

R_k – радиус катода, м (R_k=0,04 м); [3]

I_p – ток дуги, А (I_p=170 А); [3]

l – расстояние от торца катода до обрабатываемой поверхности, м

(l=0,2 м);

3.2 Расчёт толщины двойного слоя, определяемой дебаевским радиусом

экранирования λ_D

Поверхность в плазме оказывается окруженной слоем из положительных ионов двойного слоя. Толщина двойного слоя определяется дебаевским радиусом экранирования

[2] (3.2)

где k – постоянная Больцмана, (k = 1,38·10^-23 Дж/К);

T_e – температура электронов (T_e = 4 эВ);

е – заряд электрона, (е = 1,6*10^-19 Кл);

n_i - поток ионов металла.

Подставляя значения T_e и n_i получаем

3.3 Расчёт потоков ионов металла и молекулярного газа в произвольной

точке на единицу площади в единицу времени n_i, n_г

Молекулы углерода, адсорбированные на поверхности конденсации, приводят к образованию соединений за счет диссоциативной хемосорбции путем возникновения двух ковалентных связей металл-углерод.

Потоки ионов металла и молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени определяются соотношениями

, [2] (3.3)

, [2] (3.4)

где – среднее зарядовое число ионов хрома (=1,44); [2]

α_к – коэффициент конденсации (α_к=1 в нашем случае);

k – постоянная Больцмана,(k= 1,38·10^-23 Дж/К);

Р_г – давление газа, Па;

m – масса молекулы (для молекулярного газа) или атома

(для атомарного газа), кг;

Т – температура газа;

Давление газа составляет 266.6*10^-4 Па. Атомная масса атома бора составляет 17,946*10^-27 кг. Температура газа составляет 300 К. Тогда

3.4 Расчёт энергии, выделяемой на поверхности конденсации за

единицу Δq

На поверхности конденсации за единицу времени выделится энергия, определяемая соотношением

, [2] (3.5)

где U_п – отрицательное напряжение смещения на подложке относительно

плазмы, В;

– средняя энергия ионов, Дж (для Сr =122·10^-19 Дж) ; [2]