Оптимизация параметров формирования углеродных покрытий, осажденных из импульсной катодной плазмы

Abstract

В работе выполнена оптимизация режимов формирования углеродных покрытий с использованием генетического алгоритма MOGA модуля DesignXplorer программы ANSYS. Эксперимент по оптимизации проводился с использованием гранецентрированного варианта центрального композиционного плана. В качестве варьируемых факторов использовались напряжение разряда, частота следования импульсов, количество импульсов, которые определяют особенности формирования структуры углеродных покрытий. В качестве откликов использовались толщина, микротвердость, модуль Юнга и показатель преломления осажденных углеродных покрытий. Выполнена оценка влияния параметров нанесения углеродных покрытий на их свойства. Показано, что наибольшее воздействие на выходные параметры оказывает количество импульсов, при этом максимальная относительная погрешность результатов, полученных при использовании алгоритма MOGA, не превысила 13 % при определении характеристик углеродного покрытия. В результате оптимизации установлены режимы осаждения углеродных покрытий с характеристиками, обеспечивающими их эффективное применение для упрочнения рабочих поверхностей и для защиты оптических элементов.

Optimization of carbon coating formation modes was performed using the genetic algorithm MOGA of the DesignXplorer module of the ANSYS program. The optimization experiment was carried out using a face-centered version of the central composition plan. The discharge voltage, the pulse repetition rate, and the number of pulses were used as variable factors, which determine the features of the formation of the structure of carbon coatings. The responses were thickness, microhardness, Young's modulus, and refractive index of the deposited carbon coatings. The impact of carbon coating parameters on their properties was evaluated. The article shows that the largest impact on the output parameters is the number of pulses, while the maximum relative error of the results obtained using the MOGA algorithm did not exceed 13% in determining the characteristics of the carbon coating. As a result of optimization, modes of deposition of carbon coatings with characteristics ensuring their effective use for hardening of working surfaces and for protection of optical elements are established.