ГЛАВА 2
ВЫБОР ОБЪЕКТА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Выбор объекта исследования
В качестве объекта настоящего исследования были выбраны замкнуто-разомкнутые АСУ, в которых, как указывалось выше, латентные нарушения проявляются наиболее значительно и приводят к серьезным потерям. Наиболее представительным примером такой системы является АСУ технологическим процессом нанесения вакуумного ионно-плазменного покрытия на металлические поверхности (метод КИБ) [139].
В частности, в настоящей работе исследовали влияние латентных нарушений технологического процесса на качество покрытия из нитрида титана (TiN), наносимого на зубные протезы (рис. 2.1). С 1983 года ионно-плазменные покрытия стали применять для нанесения на металлические зубные протезы с целью улучшения их внешнего вида и придания сходства с протезами из золота.
Рис. 2.1. Зубной протез, подготовленный к покрытию нитридом титана.
Особенностью управления процессом нанесения декоративных покрытий, например, по сравнению с покрытиями, наносимыми на режущий инструмент, является изменение приоритетов в требованиях к их потребительским свойствам [139]. В этом случае дополнительные требования предъявляются к таким качествам покрытия, как цветовая гамма, блеск, отсутствие видимых дефектов, таких, как инородные включения, следы от микродуговых разрядов ("звездочки"), незначительные участки без покрытия (лысины) и др.
Кроме того, для декоративных покрытий имеет значение такой параметр, как повторяемость цветовой гаммы, который при нанесении износостойких покрытий вообще не рассматривается. С учетом этих особенностей для нанесения декоративных покрытий были разработаны специальные технологические процессы, характеризующиеся тем, что в них была предусмотрена возможность подбора нужного для конкретных целей цвета покрытия и поддержания стабильности цветовой гаммы.
Видимый цвет покрытия определяется его составом, причем, изменяя материал электрода и состав газа-реагента, можно получить в виде покрытий весь видимый спектр цветов от красного до фиолетового. Наибольшим потребительским спросом пользуются покрытия, цвет которых находится в диапазоне от красного до желтого. Такие покрытия можно получать, используя в качестве испаряемого металла титан, а в качестве газа реагента - либо чистый азот, либо азот и какой-либо углеводород (например, ацетилен) в строго определенных пропорциях. При использовании в качестве газа-реагента чистого азота получают покрытия соломенно-желтого цвета, причем даже при незначительном присутствии в вакуумной камере кислорода воздуха из-за допустимой негерметичности установки, покрытия приобретают едва заметный зеленоватый оттенок. Для устранения этого оттенка в камеру вместе с азотом подают ацетилен. При этом покрытие приобретает красноватый оттенок уже при подаче ацетилена в объеме, не превышающем 1 - 8 % от объема подаваемого азота.
2.2. Методика исследования процесса нанесения ионно-плазменных покрытий
2.2.1. Описание лабораторной установки
Для проведения экспериментов по идентификации технологического процесса нанесения ионно-плазменных покрытий методом КИБ была использована лабораторная установка (рис 2.2), позволяющая моделировать различные ситуации, возникающие при реальном нанесении покрытий на различные виды изделий [139].
На рис. 2.3 представлена схема устройства лабораторной вакуумной установки для нанесения ионно-плазменных покрытий на зубные протезы методом КИБ. Вакуумная установка, являющаяся объектом управления, состоит из следующих основных узлов и систем:
- вакуумная камера 1;
- система создания и контроля вакуума 2;
- электродуговой испаритель 3;
- подложка с держателями напыляемых изделий 4;
- источник питания испарителя 5;
- источник напряжения подложки 6;
- система управления поджигом испарителя и напряжением подложки 7;
- натекатель газов 8;
- измеритель температуры 9.
Вакуумная камера представляет собой герметичный водоохлаждаемый металлический цилиндр, имеющий 6 фланцевых люков для крепления электродуговых испарителей, смотровых окон, вакуумных откачных средств, устройств для вращения изделий, загрузки изделий и обслуживания камеры, а
также несколько вакуумных вводов малого диаметра для подачи напряжения, контроля вакуума и температуры.
Рис. 2.2. Лабораторная установка для нанесения ионно-плазменных покрытий методом КИБ.
Рис. 2.3. Схема лабораторной установки для нанесения ионно-плазменных покрытий методом КИБ:
1 - вакуумная камера;
2 - система создания и контроля вакуума;
3 - электродуговой испаритель;
4 - подложка с держателями напыляемых изделий;
5 - источник питания испарителя;
6 - источник напряжения, подающегося на подложку;
7 - система управления поджигом испарителя;
8 - натекатель газа-реагента;
9 - измеритель температуры.
Система создания и контроля вакуума представляла собой двухступенчатый откачивающий агрегат, состоящий из форвакуумного пластинчато-роторного насоса и паромасляного диффузионного насоса типа Н-1. Измерение давления осуществлялось ионизационно-термопарным вакуумметром ВИТ-3 при помощи манометрических преобразователей ПМТ-2, ПМИ-2, ПМИ-10.
Манометрический преобразователь ПМТ-2 применялся для измерения степени разрежения в диапазоне (13,3 - 1,33) ? 10-1 Па, преобразователи ПМИ-2 и ПМИ-10 использовались в диапазоне 1,33 ? 10-1 - 1,33 ? 10-3 Па. Для управления процессом ионной очистки и подачей газа-реагента при нанесении покрытия использовался аналоговый выход вакуумметра.
Натекатель газа-реагента предназначен для дозированной подачи газа-реагента в вакуумную к