Дискуссионный форум temperatures.ru

[Александр Магунов]

В Центре физико-технологических исследований МГТУ Станкин (Москва) прошел семинар по спектральной пирометрии нагретых металлических деталей. В ЦФТИ изучают методы упрочнения металлических деталей (режущего инструмента). С этой целью в плазме наносят на поверхность детали различные упрочняющие покрытия. Например, при низком давлении азота в вакуумной камере технологической установки происходит испарение титана в дуговом разряде с титановым катодом и осаждение на поверхности детали тонкого слоя нитрида титана. Деталь нагревается внешними источниками нагрева и тепловым потоком из плазмы. Важно поддерживать при обработке правильный температурный режим. Общий или локальный перегрев детали приводит к тому, что сталь теряет твердость. При недогреве падает скорость образования упрочняющего покрытия на поверхности, и, в конечном итоге, его толщина.
Трудности измерения температуры детали связаны с тем, что в камере имеются посторонние источники излучения (яркое катодное пятно и приповерхностная плотная плазма, разреженная плазма в камере, оптический нагреватель), на поверхности металла происходит образование диэлектрической пленки, детали друг за другом движутся сквозь плазму и вращаются, температура детали чаще всего неоднородна (острые режущие кромки или зубцы нагреваются сильнее из-за интенсивной ионной бомбардировки), на поверхности оптического окна осаждается пленка титана.
Таким образом, в этой задаче четыре осложняющих обстоятельства: посторонние источники излучения (с линейчатым и непрерывным спектрами), неоднородная температура объекта, изменяющиеся во времени излучательные свойства объекта, уменьшающееся во времени селективное пропускание оптического окна. Эффективность методов яркостной и цветовой пирометрии в таких условиях низка.
На семинаре обсуждались перспективы проведения измерений и получения данных о температуре деталей в разных режимах обработки по спектрам теплового излучения. Возможность приближенно измерять максимальную температуру детали в плазме методом спектральной пирометрии кажется реальной. Регистрация широкого спектра излучения позволяет разделить спектр на составляющие, исключить линейчатый спектр плазмы и выделить непрерывный спектр металла. Необходимо провести измерение таким образом, чтобы на результат вычисления температуры не влияла существенным образом селективность излучения металла с диэлектрической пленкой переменной толщины на поверхности.
Отдельная задача заключается в создании способа периодической очистки оптического окна от металлической пленки с помощью лазерного излучения без разгерметизации установки. О влиянии пленок, осаждаемых на внутренней поверхности оптических окон, на спектры пропускания окон и результаты температурных измерений, об удалении (абляции) пленок при лазерном облучении через окна технологических установок, в 2011 г. выйдет статья в журнале “Физика и химия обработки материалов”.