МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

РОБОЧА ПРОГРАМА,
методичні вказівки та індивідуальні завдання
до вивчення дисципліни «Теорія і технологія нанесення покриттів» для студентів напряму  6.050403 -
  інженерне матеріалознавство

Дніпропетровськ  НМетАУ  2011
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

РОБОЧА ПРОГРАМА,
методичні вказівки та індивідуальні завдання
до вивчення дисципліни «Теорія і технологія нанесення покриттів» для студентів напряму  6.050403 -
  інженерне матеріалознавство

    Затверджено 
                                                                                     на засіданні Вченої ради
        академії 
                                                                                Протокол № 15 від 27.12.2010

Дніпропетровськ НМетАУ 2011

УДК 621.793
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Теорія і технологія нанесення покриттів» для студентів напряму 6.050403 -  інженерне матеріалознавство /Укл.: В.А. Тутик, О.Д. Рожков. – Дніпропетровськ: НМетАУ, 2011. – 10 с.
          Наведені загальні методичні вказівки, рекомендації до вивчення дисципліни,
рекомендована література, індивідуальні
завдання  та  методичні вказівки до їх виконання.
           Призначена для студентів  напряму 
6.050403 – інженерне матеріалознавство
заочної форми навчання.

Укладачі:              В.А. Тутик, д-р техн. наук, проф.        
                              О.Д. Рожков, канд. техн. наук, доц.
	            
Відповідальна за випуск       І.Г. Рослик, канд. техн. наук, проф. 
Рецензент       Л.В. Камкіна, д-р техн. наук, проф. (НМетАУ)
Підписано до друку 25.05.2011. Формат 60х84 1/16.  Папір друк.  Друк плоский.
  Облік.-вид. арк. 0,59.  Умов. друк. арк. 0,58. Тираж 100 пр. Замовлення №

Національна металургійна академія України
49600, м. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 4
_______________________________
Редакційно-видавничий відділ НМетАУ

ВСТУП
Метою дисципліни є засвоєння знань щодо сучасних методів газотермічного і вакуумного конденсійного напилення покриттів, теоретичних засад їх формування і основ технології нанесення.
Завдання дисципліни – надати студентам знання щодо:
-	теоретичних засад формування газотермічних (ГТН) покриттів;
-	теоретичних засад формування вакуумних конденсійних (ВН) покриттів;
-	структури і властивостей напилених покриттів;
-	схем сучасних методів газотермічного і вакуумного конденсійного напилення покриттів;
-	основ технології напилення газотермічних і вакуумних покриттів.
У результаті вивчення дисципліни студент повинен вміти:
-	визначати вплив технологічних параметрів процесів на ефективність газотермічного і вакуумного конденсаційного напилення покриттів;
-	вести розрахунки технологічних параметрів напилення покриттів;
-	визначати основні дефекти напилених покриттів та встановлювати причини їх виникнення.
Дисципліна «Теорія і технологія нанесення покриттів» базується на знаннях, отриманих студентами при вивченні таких дисциплін, як «Фізика», «Фізична хімія», «Електротехніка та електроніка», «Матеріалознавство», «Теорія тепло-масопереносу та теплотехніка».
Набуті знання і вміння використовуються при Державній атестації бакалаврів і вивченні спеціальних дисциплін при подальшому навчанні на ОКР «спеціаліст» і «магістр» за відповідними напряму «Інженерне матеріалознавство» спеціальностями.

1.	РОБОЧА ПРОГРАМА, МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО     
                ВИВЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ

Дисципліна «Теорія і технологія нанесення покриттів» вивчається у IX навчальному семестрі. Загальна кількість навчальних годин – 144 години, в тому числі: 24 – години аудиторні заняття, з яких 16 годин - лекції, 4 години – практичні заняття і 4 години – лабораторні заняття; 120 годин – самостійна робота.
Практичні заняття включають визначення параметрів потоку часток матеріалу, що напилюється, контактної температури та їх впливу на якість покриттів; лабораторні заняття включають знайомство з апаратами для нанесення покриттів, основними дефектами напилених шарів та встановлення причин їх виникнення.
Вивчення дисципліни передбачає виконання індивідуального завдання. Воно має бути представлено в академію до початку поточної сесії, перевірено викладачем і проведена робота над помилками. Правильно виконане індивідуальне завдання зараховується після співбесіди студента з викладачем. Студент допускається до складання контрольного заходу з дисципліни (екзамен) у разі зарахування індивідуального завдання, виконання розрахунків, які передбачені тематикою практичних занять, виконання і захисту лабораторних робіт.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1.	Дубовий О.М., Степанчук А.М. Технологія напилення покриттів: 
     Підручник.  – Миколаїв: НУК, 2007. – 236 с.
2.	Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учебник для вузов 
    /Под  ред. Б.С. Митина. – М.: Металлургия. 1987. – 792 с.
3.	Савельев И.В. Курс общий физики: Учеб. пособие: Кн. 2. Электричество и
     магнетизм. – М.: Наука. 1998. – 336 с.
4.	Физико-химические основы технологии многокомпонентных
     конденсационных покрытий /О.М.Береговая, А.И. Костержицкий,
     С.Н.Федоров. – Одесса: ОНАПТ, 2009. – 320 с.
5.	Мовчан В.А., Малашенко И.С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в
     вакууме. – К.: Наук. думка, 1983. – 387 с.
6.	Максимович Г.Г., Шатинский В.Ф., Копылов В.И. Физико-химические
     процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с 
     покрытиями. – К.: Наук. думка, 1983. – 264 с.
7.	Борисов Ю.С., Борисова А.Л. Плазменные порошковые покрытия. – К.: 
    Техника, 1986. – 223 с.

Модуль 1
Загальна характеристика методів напилення та перенос часток при газотермічному напиленні покриттів

Тема 1. Загальна характеристика методів ГТН і ВН. Роль покриттів в сучасній техніці. Класифікації покриттів та методів їх нанесення. Сутність основних методів нанесення покриттів. Загальна характеристика методів газотермічного і вакуумного конденсаційного напилення покриттів, їх основні переваги і недоліки.
Література [1, С. 9-19; 2, С. 482-489, 674-677, 4, С.209-215; 7,С. 124-207]

Тема 2. Фізико-химічні та теплофізичні процеси при утворенні і переносі частинок при  ГТН.
Будова поверхні твердих тіл. Адсорбція газів. Фактори, що впливають на формування частинок, їх перенос до поверхні основи і формування покриття. Форма частинок, швидкість частинок, діаметр частинок. Розподіл швидкостей частинок по плямі напилення. Взаємодія частинок з атмосферою.
Теплова взаємодія частинок з газовим струменем. Температура частинок. Мінімальна потужність розпилювача, необхідна для прогріву частинок.
Література [1, С. 174-175; 2, С. 504-516, 527-531; 6, 35-44, 46-47; 7, С. 15-20]

Модуль 2
Формування газотермічних покриттів

Тема 3. Формування газотермічних покриттів.
Теплові процеси на поверхні основи. Температура контакту. Кінетика взаємодії частинки з поверхнею. Імпульсний і напірний тиск. Мінімальна швидкість частинок.
Механізм і кінетика фізико-хімічних процесів, що ведуть до міцного зчеплення частинок. Структура газотермічних покриттів. Напруги у напилених покриттях. Технологічні заходи щодо їх регулювання.
Узагальнена схема вакуумного і газотермічного напилення покриттів та основні параметри напилення. Вплив параметрів на ефективність газотермічного напилення покриттів.
Література [1, С. 17-23; 2, С. 489-504, 531-574; 6, С. 47-72]

Модуль 3
Використання розрядів при напиленні та випаровування речовин

Тема 4. Використання електричних розрядів при напиленні покриттів.
Іонізація газів. Емісія електронів поверхнею конденсованих тіл. Типи газових розрядів. Таунсендовський розряд. Пробій проміжку між електродами. Характеристики тліючого та дугового розряду, їх використання при напиленні покриттів. Стійкість у системі електрична дуга – джерело живлення. Критерії вибору зовнішньої вольтамперної характеристики джерел живлення для апаратів газотермічного напилення покриттів.
Література [2, С. 518-527, 653-658; 3, С. 280-284, 290-308.]

Тема 5. Утворення потоку часток термічним випаровуванням при вакуумному напиленні.
Класифікації методів і способів вакуумного конденсаційного напилення за способом утворення потоку часток, за складом атмосфери і тиску газів у робочому просторі, за енергетичним станом часток.
Випаровування чистих металів. Випаровування ідеальних і реальних сплавів. Випаровування хімічних сполук. Поширення потоку парів у низькому і глибокому вакуумі, закони Ламберта.
Література [1, С. 196-197; 2, С. 575-581, С. 674-677; 5, С. 7-11].

Модуль 4
Розпилювання речовин та формування вакуумних конденсаційних покриттів

Тема 6. Розпилювання речовин.
Механізм розпилювання речовин. Порогова енергія розпилювання. Коєфіціент розпилювання. Його залежність від енергії часток, що розпилюють матеріал, кута їх падіння, площини монокристала, що опромінюється. Кінетична енергія розпилюваних часток. Переваги отримання часток напилюваного матеріалу розпилюванням.
 Література [2, С. 581-584; 5, С. 11-18].

Тема 7. Формування вакуумних конденсаційних покриттів.
Взаємодія розпилених або випарених атомів з поверхнею основи. Умови залишення атома на поверхні основи. Міграція адсорбованих атомів по поверхні основи. Вплив температури на механізм конденсації. Утворення зародків матеріалу покриття. Стадії росту плівки покриття. Структури вакуумних покритть. Основні загальні параметри вакуумного конденсаційного напилення та їх вплив на ефективність процесу.
Література [2, С. 482-486, С. 584-592; 5, С. 19-27].

2.	ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

З метою закріплення матеріалу, що був розглянутий на лекційних, практичних і лабораторних заняттях та самостійно опанований студентом,  повинно бути виконане індивідуальне завдання. Як допоміжний матеріал при його виконанні використовуються підручники, навчальні посібники, методичні вказівки до лабораторного практикуму та дані методичні вказівки. Робота повинна бути виконана самостійно і у повному обсязі, грамотно та акуратно, з наведенням необхідних ілюстрацій, прикладів з практики нанесення покриттів та посилань на літературні джерела.
Загальний обсяг виконаного завдання має не перевищувати 10-15 аркушів формату А 4 друкованого тексту ( шрифт 12, міжрядковий інтервал 1.3, відступ зліва, зверху і знизу сторінки – 20-25 мм, ширина правого поля – не менше 10 мм), або рукописного тексту такого ж обсягу.
У методичних вказівках у таблиці 2.1 наведено 20 варіантів індивідуальних завдань. Номер завдання визначається порядковим номером студента в журналі академічної групи.

Таблиця 2.1. 
Варіанти індивідуальних завдань

Номер варіанта	Номери питань		Номер варіанта	Номери питань	
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10	1        7         28
2        8         29
3        9         30
4       10        31
5       11        32
6       12        33
13     21       34
14     22       35
15     23       36
16     24       37		11
12
13
14
15
16
17
18
19
20	17        25         38
18        26         29
19        27         30
4          20         31
6            9         32
1          10         33
23        16         36
24        19         34
26        20         37
27         7          38	

ЗАПИТАННЯ ДО ІНДИВІДУАЛЬНОГО ЗАВДАННЯ

1.	Призначення покриттів та їх значення для сучасної техніки.
2.	Класифікації покриттів та методів їх нанесення.
3.	Схеми методів газотермічного і вакуумного напилення покриттів.
4.	Будова поверхні твердих тіл.
5.	Фізична та хімічна неоднорідність поверхні твердих тіл.
6.	Адсорбція газів на поверхні твердих тіл.
7.	Рух часток у газовому струмені при ГТН.
8.	Теплові процеси на поверхні основи.
9.	Температура контакту частинок з основою при ГТН.
10.	Удар частинок об основу.
11.	 Механізм і кінетика фізико-хімічних процесів, що забезпечують міцне 
        зчеплення частинок, з яких формується покриття.
12.	Просторово - часові умови формування газотермічних покриттів.
13.	Об'ємна взаємодія при формуванні газотермічних покриттів.
14.	Формування шару газотермічного покриття.
15.	Залишкові напруги у напилених покриттях та методи їх регулювання
16.	Структура газотермічних покриттів.
17.	Узагальнена схема газотермічного і вакуумного конденсаційного напилення 
       покриттів. Класифікація технологічних параметрів процесів напилення.
18.	Поняття «Ефективність технологічного процесу напилення».
19.	Вплив конструктивних параметрів розпилювача, параметрів його роботи і 
       параметрів матеріалу, що розпилюється, на ефективність газотермічного
       напилення покриттів.
20.	Вплив параметрів, що характеризують зовнішні умови напилення і 
       параметрів потоку на ефективність газотермічного напилення покриттів.
21.	Несамостійна і самостійна провідність газів. Несамостійний газовий розряд.
22.	Процеси, що забезпечують виникнення носіїв струму при самостійному 
       газовому розряді. Емісія електронів поверхнею електродів.
23.	Характеристика плазми.
24.	Характеристика тліючого і дугового розрядів, їх використання при 
      напиленні покриттів.
25.	Іскровий і коронний розряди. Закон Пашена.
26.	Особливості горіння електричної дуги у плазмових і електродугових
       розпилювачах.
27.	Вибір вольт-амперної характеристики джерела живлення електричної дуги
       для плазмових і електродугових розпилювачів.
28.	Методи вакуумного конденсаційного напилення покриттів та їх 
       класифікація.
29.	Випаровування простих речовин.
30.	Випаровування сплавів і хімічних сполук.
31.	Розпилення матеріалів.
32.	Конденсація парів на поверхні основи.
33.	Міграція адсорбованих атомів по поверхні основи.
34.	Механізм утворення вакуумних покриттів.
35.	Вплив температури основи на механізм конденсації парів.
36.	Вплив конструктивних параметрів і параметрів режиму роботи розпилювача
      на ефективність вакуумного конденсаційного напилення покриттів.
37.	Вплив параметрів, що характеризують зовнішні умови, на ефективність  
      вакуумного конденсаційного напилення покриттів.
38.	Вплив параметрів, що характеризують матеріал, що розпилюється, і поток
       часток на ефективність вакуумного конденсаційного напилення покриттів.

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………………….3
1. РОБОЧА ПРОГРАМА, МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИВЧЕННЯ 
    ДИСЦИПЛІНИ………………………………………………………….…...4
2. ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ…………………………………………….7
    ЗАПИТАННЯ ДО ІНДИВІДУАЛЬНОГО ЗАВДАННЯ…………………. 8