Спосіб іонно-плазмового прецизійного азотування поверхонь металевих виробів

 

Спосіб іонно-плазмового прецизійного азотування поверхонь металевих виробів.

Винахід відноситься до плазмової хіміко-термічної обробки металевих поверхонь, а саме - до способу поверхневого зміцнення іонно-плазмовим азотування, і може бути використане в машинобудуванні, двигунобудуванні, металургії та інших галузях промисловості для поверхневого зміцнення та підвищення зносостійкості інструментів і деталей при створенні різних конструкційних елементів, що працюють в жорстких умовах експлуатації, з поліпшеними, захисними, зміцнюючими, зносостійкими, эрозионностойкими властивостями,

Відомо, що найбільш багатоцільовим процесом для обробки поверхонь сталей є азотування, а у вирішенні проблеми підвищення міцності серед методів хіміко-термічної обробки азотування займає одне з провідних положень [див. Підсумки науки і техніки. Металознавство і термічна обробка і т. 19 . - М.: 1985 р., с. 172-218].

Відомий спосіб формування зносостійкого покриття на поверхні виробів з конструкційної сталі, що включає іонно-плазмене азотування средереактивного газу - азоту, очищення поверхні деталі і нанм азотування, очищення поверхні і нанесення нітриду титану здійснюють в одній вакуумній камері в плазмі дугового і газового розряду, азотування проводять при тиску реактивного газу 5·10-3-2·10-2мм рт.ст., негативному напрузі зміщення на деталях 300-1000, очищення проводять у плазмі інертного газу - аргону 3·10-4-7·10-4. Спосіб включає нанесення нітриду титану протягом 60-90 хв при одночасній роботі генератора газорозрядної плазми дугового випарника при від'ємному зміщенні на деталі 300-600 В і тиску реактивного газу 3·10-4-2·10-3мм рт.ст.

В результаті проведених досліджень було виявлено, що при обробці пропонованим способом на поверхні зразків формується модифікований шар, що складається з трьох послідовно розташованих і адгезійно-міцно пов'язаних між собою зон. Азотистий ферит має плавно зростає твердість від серцевини 2,0 ГПа до поверхні до 6 ГПа довжиною 100-120 мкм. Над нею розташована область нітриду заліза завтовшки 6-8 мкм і твердістю 7,5-8,0 ГПА. Шар нітриду титану імовірно був 2-3 мкм, оскільки його осадження здійснювалося зі швидкістю 2 мкм/год протягом 60-90 хв.

Однак описаний вище спосіб�мі сплавами (переважно конструкційними сталями з низьким ступенем легування, в яких спостерігається формування на поверхні суцільного шару нітридів заліза).

Відомий також спосіб вакуумної іонно-плазмової обробки, що включає завантаження в камеру попередньо очищених від забруднень деталей, отримання в ній робочого вакууму, проведення очистки в середовищі інертного газу з допомогою джерела газової плазми, вакуумне іонно-плазмове зміцнення, в якому перед іонної очищенням проводять електронний розігрів деталі до температури початку іонно-вакуумного зміцнення [див. опис до патенту РФ №2122602, М. кл. C23C 14/48, опубл. 27.11.1998 р.]. Електронний розігрів проводили при тиску в камері 0,65 Па протягом години до температури 400°C. Після іонної очищення впускали в камеру азот тиском 0,13 Па. При напруги зсуву 200 B в камері спалахував газоплазменний розряд. На основі дугового розряду йшло випаровування титану, і протягом 40 хв йшло осадження нітриду титану, що забезпечувало товщину покриття 5 мкм.

Випробування черв'ячних фрез у виробництві показало збільшення зносостійкості в 1,8 рази у порівнянні з базовим процесом.

До недоліків способу відноситься те, що отриманий зміцнюючої шар виявляє помітний вплив на параметри фрез, що робить неприйнятним испольЕтикам. Існує можливість повного переходу розряду в дуговий, що може привести до оплавлення поверхні прецизійних деталей.

Найбільш близьким до заявляється рішенням за призначенням, технічній сутності і досягається результату при використанні є спосіб іонно-плазмової обробки сталевої поверхні, що включає попередню іонне очищення поверхні з утворенням в міжелектродному просторі плазми, нагрівання поверхні і підтримання її на всіх стадіях обробки, подачі негативного потенціалу на оброблювану деталь, азотування азотосодержащем газі або азоті [див. опис до патенту РФ №2241782, М. кл. C23C 14/48, опубл. 10.12.2004 р.]. Спосіб включає створення електродугового розряду, потім відсікають від оброблюваної поверхні потік іонів металу, що виходить від електродугового розряду, і одночасно пропускають потік електронів на анод основного розряду, заохочуючи і підтримуючи тліючий розряд. Після азотування створюють тиск в камері не більше 0,0015 Па, забезпечують прохід металевої частини плазми електродугового розряду на оброблювану поверхню і виробляють іонно-плазмове напилення нітридом металу емісійного катода при негативному напряжеотовлени шлифи і визначена мікротвердість покриттів на приладі ПМТ-3. Результати випробувань показали, що інструмент, оброблений по запропонованому способу, має значно більш високу твердість і зносостійкість, ніж відомий.

Однак, як і в попередньому випадку, недоліком описаного вище технічного рішення залишається низька швидкість утворення зносостійкого шару, який обмежується шаром нітриду заліза. Збільшення товщини цього шару може привести до зміни геометрії обробленої поверхні, зміні заданих розмірів, що обмежує функціональні можливості застосування способу.

Значний час обробки і, відповідно, великі витрати електроенергії, обумовлюють неповне використання потенційних можливостей процесу по підвищенню швидкості дифузійного насичення поверхневих шарів сталевих деталей азотом.

Тому метою заявляється технічного рішення є підвищення швидкості дифузійного насичення поверхневих шарів металевих азотом, виключення викривлення виробів, зменшення впливу результату зміцнення на вихідну геометрію виробів, на кінцеві параметри виробів.

В основу винаходу поставлено завдання поліпшення способу іонно-плазмового азотування поверхонь мргона, введення азоту в газорозрядну плазму після витримки в ініційованої плазмі на основі аргону, подачі негативного потенціалу зміщення на оброблюваний виріб з плавним зміною його до робочого значення, здійснення ізотермічної витримки, потім заміни аргон-азотної суміші чистим азотом, створюючи плазмовий потік, що містить іони азоту, підвищення негативного потенціалу зсуву та температури виробу і виконання ізотермічної витримки в азотній плазмі, отримують новий технічний результат. Він полягає в тому, що на поверхні виробу формується азотований шар зі стабільно рівноважної мікроструктурою без тендітної поверхневої структури і, як наслідок, збільшується твердість, відсутня жолоблення виробів, забезпечується збереження вихідних геометричних розмірів при одночасному прискоренні азотування в 3-5 разів.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі іонно-плазмового азотування поверхонь металевих виробів, що включає попередню іонне очищення поверхні з утворенням в міжелектродному просторі плазми, нагрівання поверхні і підтримання постійним міжелектродного простору на всіх стадіях обрабзоте, згідно винаходу попередньо ініціюють газорозрядну плазму на основі аргону, після витримки в ініційованої плазмі на основі аргону в газорозрядну плазму вводять азот, подають негативний потенціал зсуву на оброблюваний виріб з плавним зміною його до робочого значення, здійснюють ізотермічну витримку, потім замінюють аргон-азотну суміш чистим азотом, створюючи плазмовий потік, що містить іони азоту, підвищують негативний потенціал зсуву і температуру вироби і виконують ізотермічну витримку в азотній плазмі.

Згідно винаходу в ініційованої газорозрядної плазми на основі аргону виріб нагрівають до температури 400-500°С, витримують в інертній атмосфері протягом 20-30 хв.

Згідно винаходу іонне очищення виконують при негативному потенціалі на виробі до 800-1200 Ст.

Згідно винаходу в газорозрядну плазму на основі аргону після витримки азот вводять до утворення газової суміші 50/50 Ar+N2встановлюють негативний потенціал зсуву на оброблюваному виробі, плавно змінюючи його значення від 50 до 400-500 Ст.

Згідно винаходу в аргон-азотної суміші виконують ізотермічну витримку протягом 1,5-3 год при розд�нциал зміщення на виріб до 600-800 Ст.

Згідно винаходу ізотермічну витримку в азотній плазмі здійснюють при температурі вироби 500-700°C протягом 2-3 год.

Як видно з викладу сутності заявляється технічного рішення, воно відрізняється від прототипу і, отже, є новим.

Заявляється технічне рішення має винахідницький рівень. Відомі способи азотування поверхонь виробів з легованих сталей, які включають нагрівання виробів до температури 500-600°C з наступним дифузійним насиченням в атмосфері азоту або аміаку [див. Лахтін Ю. М. Хіміко-термічна обробка металів. - М: Металургія, 1985; Збірник «Короткочасні процеси азотування НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1976, т. 13, с. 1720]. Згадані способи забезпечують отримання зміцнюючого шару на поверхні виробів, проте утворення вторинних тендітних нітридів заліза Fe4N як на поверхні, так і всередині зерен зміцнюючого шару створює внутрішній напружений стан, що викликає викривлення покриття із зміною геометричних розмірів виробу, що вимагає подальшого шліфування. Крім того, виявляється недостатньою і швидкість процесу утворення щільного шару.

Заявляється технічне рішення принципово відрізняє�раз, на поверхні виробу відсутня крихкий шар, поверхні виробів не відчувають жолоблення, вироби зберігають вихідні геометричні розміри, що виключає необхідність у додатковій фінішній обробці.

Заявляється технічне рішення промислово придатним і може бути реалізовано на сучасному обладнанні в умовах сучасного виробництва.

Результати застосування заявляється способу показані на малюнках, у таблиці 1 і приклади його реалізації.

Фіг.1. Глибина азотованого шару на сталі 30Х2Н2ВФА (х500).

Фіг.2. Мікроструктура азотованого шару на сталі 30Х2Н2ВФА (×500).

Фіг.3. Азотований шар на сталі 20Х3МВФ (ув. 6,5X).

Фіг.4. Відбитки виміру мікротвердості азотованого шару на сталі 20Х3МВФ (шліф нетравлений).

Фіг.5. Відбитки виміру мікротвердості (шліф труєний).

Фіг.6. Діаграма розподілу твердості по глибині азотованого шару на сталі 20Х3МВФ.

Таблиця 1
Параметри способуПриклад 1 30Х2Н2ВФАПриклад 2 25Х1МФПриклад 3 20Х3МВФ400±5400±5400±5400±5
Час витримки, хв20±1020±1020±1020±10
Негативний потенціал очищення, B600±5600±5600±5600±5
Негативний потенціал іонного очищення, B400±5400±5400±5400±5
Час ізотермічної витримки, годину1,51,51,51,5
Тиск азоту, мм рт.ст. 10-31,5±0,11,5±0,11,5±0,11,5±0,1
Потенціал зсуву при азотуванні, B600±5600±5530±5530±5530±5700±5
Час азотування, годину2223
Глибина азотованого шару, мм0,250,250,30,05
Твердість азотованого шару, HV830790970950
Твердість основи, HRC37-3936-403837-39
Характеристика геометричних розмірів з точністю 1-2 мкмнезміннанезміннанезміннанезмінна

Як видно з малюнків і таблиць, в якості підкладок використовували зразки з промислово широко використовуваних сталей 30Х2Н2ВФА, 21/0 до шорсткості 10 класу.

Для визначення характеристик зміни геометричних розмірів зразків після азотування встановлювалися контрольні зразки, виконані у вигляді циліндрів ⌀20 мм з тієї ж сталі і пройшли повністю аналогічну попередню термообробку.

Після дифузійного насичення зразки та контрольні зразки досліджували з метою вивчення властивостей модифікованого поверхневого шару.

Твердість азотованого шару визначалася на микротвердомере фірми «BUEHLER».

Вимірювання характеристик геометричних розмірів контрольних зразків проводили з точністю до 0,5 мкм до і після азотування.

Приклад 1

Як підкладки використовували зразки стали ЗОХ2Н2 ВІДДІ і контрольні зразки з тієї ж сталі.

Після попередньої хімічної очистки в бензині і ректификационном спирті зразки завантажували у вакуумну камеру установки Avinit (див. Сагалович А. В. Установка Avinit для нанесення багатошарових функціональних покриттів. - Фізична інженерія поверхні. - 2010. - Т. 8. - 336 С.-347), в якій був змонтований газовий плазмогенератор. Зразки закріплювали в центрі поворотного столу установки, і їм задавалося обертання з кутовою швидкістю 2 об/хв

Камеру відкачували до тиску 5·1д аргону.

Здійснювали іонно-плазмову обробку зразків в плазмі тліючого розряду, інертного газу - аргону по режимам першого етапу запропонованого способу. Обробка проводилася при потенціалі зміщення 1000-1200 В і щільності струму 3-5 мА/см2протягом 30 хвилин.

У відповідності з запропонованим винаходом на другому етапі проводили нагрівання виробів до температури 400...500°C газорозрядної плазмі аргону, формованої газовим плазмогенератором. Через газовий плазмогенератор у вакуумну камеру вводили аргон до тиску 1·10-3-2·10-3мм рт.ст. При струмі розжарення катода плазмогенератора 100 A, плавно регулюючи негативний потенціал зсуву до 400-500, температуру зразків доводили до 400...500°C протягом 1 годину.

Плазмоутворюючого газ аргон в камері був замінений на газову суміш Ar+50% N2, що подається в газовий плазмогенератор при тиску 1,5·10-3мм рт.ст.

Подальшу ізотермічну витримку третього етапу проводили протягом 2 год. в інтервалі 400...500°C газорозрядної плазмі аргону та азоту.

Шляхом підвищення потенціалу зміщення до 600 B температура зразків була доведена до 530°C. Газовим плазмогенератором був сформований плазмовий потік, що містить тільки іони азоту. При цих ус�окоплотной газорозрядної плазмі азоту. Час витримки зразків - 2...3 год.

Отримані зразки досліджували з метою вивчення властивостей модифікованого поверхневого шару і вимірювання характеристик геометричних розмірів контрольних зразків.

Зовнішній вигляд і мікроструктура азотованого шару на сталі 30Х2Н2 ВІДДІ показані на фіг.1 і фіг.2.

Величина твердості основного металу після азотування не змінюється Нµ=350...370. Твердість поверхневого шару стали 30Х2Н2 ВІДДІ після дифузійного насичення азотом за пропонованим способом підвищилася до 830 HV.

При цьому глибина азотованого шару становить 230...250 мкм при азотування при температурі 530°C протягом 2 год, тобто ефективність азотування в 4-6 разів вище, ніж при традиційних методах азотування.

Дослідження мікроструктури азотованого шару (фіг.2) виявляє рівномірну структуру і повна відсутність крихкого поверхневого шару, характерного для традиційних методів азотування.

Як видно з табл.1, геометричні розміри контрольних зразків залишаються з точністю до 1-2 мкм практично незмінними.

Приклад 2

Як підкладки використовували зразки стали 25Х1МФ і контрольні зразки з тієї ж сталі. Попередню хімічну очистку і уста�логічні використаним у прикладі 1.

Глибина азотованого шару склала 230...250 мкм при азотування при температурі 530°C протягом 2 год, тобто ефективність азотування в 4-5 разів вище, ніж при традиційних методах азотування.

Твердість азотованого шару стали 25Х1МФ склала 790 HV. Величина твердості основного металу після азотування не змінюється Нµ=350...370. Азотований шар має рівномірну структуру, крихкий поверхневий шар відсутній.

Вимірювання геометричних розмірів контрольних зразків виявляють їх незмінність з точністю до 1-2 мкм.

Приклад 3

Згідно заявленим способом на установці, описаній в прикладі 1, азотуванню були піддані зразки зі сталі 20Х3МВФ і контрольні зразки з тієї ж сталі.

Режими і час азотування повністю аналогічні використаним у прикладі 1.

Зовнішній вид азотованого шару на сталі 20Х3МВФ показано на фіг.3.

Труєний і нетравлений шлифи азотованого шару на сталі 20Х3МВФ і місця виміру твердості наведені на фіг.4 і фіг.5.

Діаграма розподілу твердості по глибині азотованого шару представлена на фіг.6.

Величина твердості основного металу після азотування не змінюється Нµ=350...370. Твердість поверхневого шару сталиа азотованого шару становила 260...280 мкм при азотування при температурі 530°C протягом 2 год, тобто ефективність азотування в 4-6 разів вище, ніж при традиційних методах азотування.

Дослідження мікроструктури азотованого шару (фіг.3) виявляє рівномірну структуру і повна відсутність крихкого поверхневого шару, характерного для традиційних методів азотування.

Як видно з табл.1, геометричні розміри контрольних зразків залишаються з точністю до 1-2 мкм практично незмінними.

Приклад 4

На установці, використаної в прикладах 1 і 2, за пропонованим способом плазмового азотування були проазотировани пришлифованние і поліровані зразки зі сплаву титану ВТ6 і контрольні зразки з того ж сплаву.

Попередню хімічну очистку та встановлення зразків у вакуумну камеру здійснювали так само, як і в прикладі 1. Але режими і час процесу відрізнялися від використаних в прикладі 1. Температура азотування була підвищена до 700°C, час ізотермічної витримки 1,5 год, а час азотування до 3 год.

Твердість азотованого шару при азотування при температурі 700°C протягом 3 год склала 950 HV, а глибина азотованого шару 50 мкм. Азотований шар має рівномірну структуру, крихкий поверхневий шар відсутній. Величина твердості �вих зразків виявляють їх незмінність з точністю до 1-2 мкм.

Порівняльні характеристики традиційних процесів азотування і пропонованого плазмового прецизійного азотування Avinit N представлені в табл.2.

Таблиця 2
Марка матеріалуПараметри процесу, властивостіТрадиційні процеси іонного азотуванняПрецизійне плазмене азотування
30Х2Н2ВФАЧас отримання зміцненого шару товщиною 0,2...0,3 мм, годину162
Температура процесу, °C500-600530
25Х1МФЧас отримання зміцненого шару товщиною 0,2...0,3 мм, годину162
Температура процесу, °C500-600
20Х3МВФЧас отримання зміцненого шару товщиною 0,2...0,3 мм, годину202
Температура процесу, °C500-600530
Сплав титану ВТ6Температура процесу, °C700-800700
Товщина шару з твердістю ≥600 HV, мм0,010,05
Час азотування, годину153

Як видно з опису сутності заявляється технічного рішення і прикладів його здійснення, воно забезпечує підвищення швидкості дифузійного насичення поверхневих шарів металевих азотом більш ніж у 3-5 разів, виключає викривлення виробів, зменшує вплив результату зміцнення на вихідну геометрію виробів і на кінцеві параметри виробів.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в ініційованої газорозрядної плазми на основі аргону виріб нагрівають до температури 400-500°С, витримують в інертній атмосфері протягом 20-30 хв.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що іонне очищення виконують при негативному потенціалі на виробі до 800-1200 Ст.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в газорозрядну плазму на основі аргону після витримки азот вводять до утворення але змінюючи його значення від 50 до 400-500 Ст.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що аргон-азотної суміші ізотермічну витримку вироби виконують протягом 1,5-3 год при тиску 1,5·10-3мм рт. ст.

6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після ізотермічної витримки підвищують негативний потенціал зсуву на виріб до 600-800 Ст.



 

Схожі патенти:
Винахід відноситься до галузі технології машинобудування і може бути використане в процесах зміцнення деталей машин та інструментів. Спосіб включає вплив на поверхню деталі іонізованим газом, отриманим пропусканням її через електророзряд, при цьому покриття формують, щонайменше, локальним з допомогою сопла, розташованого на відстані 8-10 мм від поверхні деталі під кутом 70-80° до неї, при цьому в якості іонізованого газу використовують озоноване повітря, який отримують з допомогою коронного електророзряду силою струму 400 мкА, що створюється всередині згаданого сопла, а вплив озонованим повітрям на поверхню деталі здійснюють з тиском 0,2 кгс/см2 при кімнатній температурі. Вплив озонованим повітрям на деталь з титанових сплавів здійснюється протягом 3 годин на деталь з швидкорізальних сплавів - протягом 3,5 годин, на деталь з твердих сплавів - протягом 4 годин. Застосування даного винаходу дозволяє значно спростити спосіб формування зносостійкого покриття, а також знизити трудомісткість і витрати на здійснення цього процесу. 3 з.п. ф-ли, 1 пр.
Винахід відноситься до області машинобудування, зокрема до методу утворення захисного нанокомпозитного покриття на поверхні виробу з жароміцного нікелевого сплаву, схильного до високих температур і механічних навантажень. Проводять очищення вироби і вакуумної камери в середовищі інертного газу, здійснюють іонне травлення, після якого здійснюють іонно-плазмове цементацію, додатково проводять іонне травлення поверхні виробу та нанесення покриття методом фізичного осадження з парової фази. Іонно-плазмове цементацію з подальшим іонним травленням проводять поетапно з числом етапів N, причому N≥1, до насичення вуглецем приповерхневого шару згаданого вироби на глибину до 50 мкм. На поверхню виробу наносять не менше одного мікрослоя з ніхрому і сплаву алюмінію з кремнієм, який складається з наношарів зазначених матеріалів товщиною 1-100 нм, а потім наносять мікрошар з наношарів оксидів ніхрому і сплаву алюмінію з кремнієм товщиною 1-100 нм. В окремих випадках здійснення винаходу загальна товщина мікрослоя з ніхрому і сплаву алюмінію з кремнієм становить 2,3-3,0 мкм, при цьому зазначений мікрошар наносять шляхом послідовного проходження і�алюмінію з кремнієм становить 0,5-1,5 мкм, при цьому зазначений мікрошар наносять шляхом послідовного проходження вироби перед мішенями магнетронів з зазначених матеріалів при подачі в камеру кисню. Забезпечується підвищення довговічності і жаростійкості нікелевого сплаву в умовах високотемпературного окислення і ерозійного впливу. 2 з.п. ф-ли, 1 табл., 1 пр.

Пристрій для хіміко-термічної обробки деталей в несамостійному тліючому розряді

Винахід відноситься до області хіміко-термічної обробки металів, зокрема до іонному азотуванню, і може бути використане в машинобудуванні, автобудуванні і арматуробудуванні. Пристрій для хіміко-термічної обробки деталі в несамостійному тліючому розряді містить вакуумну камеру і підкладку для розміщення деталей, джерело живлення, з'єднаний з негативним полюсом з підкладкою, позитивним - з корпусом камери, термоемісійний електрод, другий джерело живлення, з'єднаний з негативним полюсом з термоемісійним електродом, позитивним - з корпусом камери, порожнистий циліндричний електрод, що має внутрішній діаметр, перевищує геометричні розміри оброблюваної деталі, і термоемісійний електрод, розташований коаксіально з циліндричним електродом. Пристрій додатково містить другий порожнистий циліндричний електрод, розташований коаксіально першого електрода і утворює з першим електродом електростатичну лінзу. Вісь симетрії порожнистих циліндричних електродів орієнтована під кутом, рівним критичному куті падіння іонного потоку на поверхню оброблюваної деталі. Термоемісійний електрод розташований у фокусі електростатичної обробки. 1 іл.
Винахід відноситься до області машинобудування, до способів утворення захисних покриттів на виробах, що мають тонкостінні і товстостінні частини і виконаних із сталі або титанового сплаву. Проводять очищення виробів у вакуумній камері в середовищі інертного газу, потім здійснюють іонне травлення, іонно-плазмене азотування, чередующееся з іонним травленням, і нанесення нанокомпозитного покриття методом фізичного осадження з парової фази за допомогою магнетронів. Температуру тонкостінних і товстостінних частин виробів вирівнюють під час очищення виробів у середовищі інертного газу, іонного травлення, іонно-плазмового азотування, смугастих з іонним травленням, і нанесення нанокомпозитного покриття шляхом розміщення виробів так, щоб тонкостінна частина одного виробу розташовувалася між товстостінними частинами інших виробів. Згадане нанесення нанокомпозитного покриття проводять шляхом нанесення мікрослоя з наношарів товщиною 1-100 нм з титану і хрому і подальшого нанесення мікрослоя з наношарів товщиною 1-100 нм з нітридів титану і хрому. В окремих випадках здійснення винаходу мікрошар з титану і хрому наносять товщиною 0,3-0,8 мкм шляхом последовательногЅрома наносять товщиною 2,5-3 мкм шляхом послідовного проходження вироби перед магнетронами з мішенями з титану і хрому при подачі в камеру азоту. Підвищується термін служби покриття в умовах ерозії, корозії і високих температур. 2 з.п. ф-ли, 1 табл., 1пр.

Спосіб локальної обробки матеріалу при азотуванні в тліючому розряді

Винахід відноситься до галузі термічної і хіміко-термічної обробки і може бути використане в машинобудуванні та інших галузях промисловості для поверхневого зміцнення матеріалів. Спосіб азотування сталевої деталі в плазмі тліючого розряду включає розміщення сталевої деталі і перфорованого екрану у вакуумній камері, здійснення катодного розпилення, вакуумний нагрівання деталі в плазмі тліючого розряду, що складається з суміші азотсодержащего і інертного газів, з формуванням ділянок з різнорідною структурою сталі, при цьому перехідна ділянка між ділянками з різнорідною структурою має микронеоднородную структуру з поступовою зміною одного виду в інший. Різнорідну структуру формують у вигляді макронеоднородной структури сталі за допомогою перфорованого екрану, виконаного з отворами діаметром d, причому d>4·l, де l - товщина катодного шару, та щільно прилягає до оброблюваної деталі для забезпечення можливості отримання на поверхні ділянок, азотованих в тліючому розряді, що чергуються з неазотированними ділянками. Забезпечується підвищення контактної довговічності і зносостійкості зміцненого шару за рахунок локальної опрацювання�

Спосіб локальної обробки матеріалу з ефектом порожнистого катода при іонному азотуванні

Винахід відноситься до галузі термічної і хіміко-термічної обробки і може бути використане в машинобудуванні та інших галузях промисловості для поверхневого зміцнення матеріалів. Спосіб азотування сталевої деталі в плазмі тліючого розряду включає розміщення сталевої деталі і перфорованого екрану у вакуумній камері, здійснення катодного розпилення, вакуумний нагрівання деталі в плазмі тліючого розряду, що складається з суміші азотсодержащего і інертного газів, з формуванням ділянок з різнорідною структурою сталі, при цьому перехідна ділянка між ділянками з різнорідною структурою має микронеоднородную структуру з поступовою зміною одного виду в інший. Різнорідну структуру сталі формують у вигляді макронеоднородной структури допомогою перфорованого екрану, виконаного з отворами діаметром d, причому 2·l<d<4·l, де l - товщина катодного шару, та щільно прилягає до оброблюваної деталі, для забезпечення можливості отримання на поверхні чергуються азотованих в тліючому розряді з ефектом порожнистого катода ділянок з неазотированними ділянками. Забезпечується підвищення контактної довговічності і зносостійкості зміцненого сло

Спосіб локальної обробки матеріалу з ефектом порожнистого катода при іонному азотуванні

Винахід відноситься до галузі термічної і хіміко-термічної обробки і може бути використане в машинобудуванні та інших галузях промисловості, для поверхневого зміцнення матеріалів. Спосіб азотування сталевої деталі в плазмі тліючого розряду включає катодне розпилення, вакуумний нагрівання деталі в плазмі тліючого розряду, що складається з суміші азотсодержащего і інертного газів, з формуванням ділянок з різнорідною структурою сталі, при цьому перехідна ділянка між ділянками з різнорідною структурою має микронеоднородную структуру з поступовою зміною одного виду в інший. Різнорідну структуру формують у вигляді макронеоднородной структури сталі за допомогою перфорованого екрану, виконаного з отворами діаметром d, причому d>4·l, де l - товщина катодного шару, та щільно прилягає до оброблюваної деталі, і екрану для створення ефекту порожнистого катода, щільно прилягає до перфорированному екрану, для забезпечення можливості отримання на поверхні ділянок, азотованих в тліючому розряді з ефектом порожнистого катода, що чергуються з неазотированними ділянками. Забезпечується підвищення контактної довговічності і зносостійкості зміцненого сло

Спосіб і пристрій для прискореного азотування деталей машин з використанням імпульсів електромагнітного поля

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до способу ионоазотирования деталей машин з використанням імпульсів електромагнітного поля. Забезпечують подачу в камеру для азотування реакційного газу, його нагрів з одночасним генеруванням у камері змінного електромагнітного поля за допомогою соленоїда. Всередині соленоїда розташовують оброблювану деталь з напрямом вектора магнітної індукції перпендикулярно до оброблюваної поверхні деталі і зміною в процесі азотування його величини з формуванням прямокутних імпульсів, тривалість і періодичність яких забезпечує прискорення руху та впровадження іонів азоту в оброблювану поверхню за рахунок вертикального фронту наростання напруженості магнітного поля. Пристрій для здійснення зазначеного способу містить камеру для азотування деталі, пристрій для подачі реакційного газу в згадану камеру на оброблювану деталь, нагрівальний пристрій і пристрій для генерування електромагнітного поля. Пристрій для генерування електромагнітного поля виконано у вигляді розташованого навколо згаданої камери соленоїда, що забезпечує генерування імпульсного елек�брабативаемой поверхні, що знаходиться всередині нього деталі. Забезпечується одночасне прискорення процесу азотування і підвищення механічних властивостей приповерхневих шарів матеріалу, що формуються в результаті одночасного азотування і впливу як на іони азоту, так і на матеріал оброблюваної деталі імпульсами порівняно малопотужного магнітного поля. 2 н. і 2 з.п. ф-ли, 3 іл.
Винахід відноситься до способу іонно-плазмового азотування довгомірної сталевої деталі. Спосіб включає нагрівання деталі, ізотермічну витримку, попереднє азотування, остаточне азотування та охолодження. Починають охолодження до температури 530°C до 370-390°C протягом 100-140 хвилин в плазмі тліючого розряду. Потім проводять охолодження до 240-260°C протягом 100-140 хвилин. Остаточне охолодження до 140-160°C протягом 100-140 хвилин проводять у печі без впливу плазми. Подачу іонізуючих газів здійснюють циклічно. При нагріванні до температури 200-220°C ведуть подачу газової суміші водень, азот, метан протягом 15-20 хвилин, далі до температури нагріву 400-440°C протягом 100-140 хвилин і при ізотермічній витримці протягом 20-40 хвилин здійснюють подачу водню, а при подальшому нагріванні до 480°C подають водень протягом 20-30 хвилин. Попереднє азотування ведуть з участю водню і азоту протягом 100-140 хвилин, а остаточне азотування ведуть з участю азоту, водню і метану протягом 14-16 годин. Охолодження до температури 530°C - 370-390°C ведуть в середовищі азоту і водню протягом 120 хвилин і подальше охолодження до 150-170°C протягом 240 хвилин ведуть з участю лише азоту. В результаті досягається сохраЀаботки і збереження поверхні металу від утворення окисної плівки.

Спосіб виготовлення деталей машин з отриманням субмікро - та наноструктурованого стану дифузійного приповерхневого шару при азотуванні

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до способів підвищення механічних властивостей приповерхневих шарів деталей машин із сплавів на основі заліза з отриманням субмікро - або наноструктурованого стану дифузійних шарів. Спосіб включає збирання пакета з поперемінно чергуються сталевих листів, що мають різний хімічний склад, вакуумування і нагрівання пакету, гарячу деформацію пакета по висоті при температурі, що знаходить між значеннями температур поліморфних перетворень обох сплавів, при цьому після гарячої деформації з пакету вирізають заготовки деталей таким чином, щоб при подальшому азотування напрямок міжшарових меж у заготівлі деталі збігалося з напрямком дифузійного потоку азоту, після чого проводять азотування з отриманням субмікро - та наноструктурованого стану дифузійного приповерхневого шару на поверхні деталі. Спосіб дозволяє підвищити механічні властивості приповерхневих шарів матеріалу, що формуються в результаті азотування, і, відповідно, збільшити довговічність деталей. 9 іл., 1 пр.
Винахід відноситься до області машинобудування, зокрема до методів освіти захисних покриттів на деталях, схильних до високих температур і механічних навантажень. Спосіб включає очищення виробів і вакуумної камери в тліючому розряді в середовищі інертного газу, іонне травлення та нанесення покриття методом фізичного осадження з парової фази, при цьому перед нанесенням покриття проводять іонно-плазмове цементацію з подальшим іонним травленням, яку здійснюють шляхом подачі в камеру вуглецевмісної газу і нагрівання виробу за допомогою не менше двох магнетронів, які працюють в дуальному режимі, чергування цементації з іонним травленням здійснюють N етапів, де N ≥ 1, а нанесення покриття здійснюють послідовним формуванням чергуються шарів з не менш одного мікрослоя, складається з хрому і сплаву алюмінію з кремнієм, загальною товщиною 1,9-2,8 мкм, і не менш одного мікрослоя, що складається з оксидів хрому, алюмінію і кремнію, загальною товщиною 0,4-1,6 мкм, отриманих при подачі в камеру кисню, причому зазначені микрослои складаються з наношарів згаданих матеріалів товщиною 1-100 нм, утворених при послідовному проходженні вироби перед магнетронами з мішенями � і жаростійкості покриття в умовах високотемпературного окислення і ерозійного впливу. 1 пр., 1 табл.

Спосіб обробки металевих деталей та пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до способу і пристрою обробки металевих деталей і може знайти застосування для композиційного мікролегування і зміцнення поверхні металевих деталей. Спосіб включає перенесення в потоці високотемпературної імпульсної плазми іонів розпорошується матеріалу замінних вставок для створення композиційно мікролегованої поверхні деталей. Розрядну камеру і робочу камеру з'єднують за допомогою фланця з встановленою в його каналі вставкою з розпиленого згаданої плазмою матеріалу. В робочій камері розміщують екран, виконаний з розпиленого згаданої плазмою матеріалу. Отримують високотемпературну імпульсну плазму з щільністю енергії 105-109 Вт·см-2. Обробку металевої деталі виконують високотемпературної імпульсної плазмою з часом впливу 10-7-10-3, що містить іони матеріалу електрода, екрана і вставки фланця. В результаті зменшується насичення високотемпературної імпульсної плазми небажаними іонами і відповідно досягається однорідність хімічного складу поверхні деталі. 2 н. і 2 з.п. ф-ли, 4 ін., 1 табл., 1 іл.

Пристрій для хіміко-термічної обробки деталей в несамостійному тліючому розряді

Винахід відноситься до області хіміко-термічної обробки металів, зокрема до іонному азотуванню, і може бути використане в машинобудуванні, автобудуванні і арматуробудуванні. Пристрій для хіміко-термічної обробки деталі в несамостійному тліючому розряді містить вакуумну камеру і підкладку для розміщення деталей, джерело живлення, з'єднаний з негативним полюсом з підкладкою, позитивним - з корпусом камери, термоемісійний електрод, другий джерело живлення, з'єднаний з негативним полюсом з термоемісійним електродом, позитивним - з корпусом камери, порожнистий циліндричний електрод, що має внутрішній діаметр, перевищує геометричні розміри оброблюваної деталі, і термоемісійний електрод, розташований коаксіально з циліндричним електродом. Пристрій додатково містить другий порожнистий циліндричний електрод, розташований коаксіально першого електрода і утворює з першим електродом електростатичну лінзу. Вісь симетрії порожнистих циліндричних електродів орієнтована під кутом, рівним критичному куті падіння іонного потоку на поверхню оброблюваної деталі. Термоемісійний електрод розташований у фокусі електростатичної обробки. 1 іл.

Спосіб нанесення покриття на металеві заготовки в установці вакуумування (варіанти)

Винахід відноситься до вакуумної обробки поверхонь заготовок. Спосіб нанесення покриття на металеві заготовки здійснюють установки вакуумування, що містить виконаний у вигляді мішені перший електрод, який є частиною джерела випаровування електричною дугою і через який подають дуговий розряд з струмом дугового розряду, за допомогою якого випаровують матеріал мішені, і другий електрод, який виконаний у вигляді держателя заготовок і разом з заготовками утворює електрод зсуву, на який подають напруга зсуву. Попередньо оброблену заготовку за допомогою бомбардування її поверхні іонами металу, при цьому іони металу інжектується в поверхню підкладки без знімання металу з поверхні і зростання шару, причому в поверхню підкладки інжектується іони металу, який є компонентом підлягає несення шару, і на попередньо оброблену поверхню заготовки здійснюють пряме нанесення шару. Технічним результатом винаходу є усунення дефектів зміни підкладки в процесі її обробки. 2 н. і 15 з.п. ф-ли, 10 іл.

Пристрій для іонно-плазмового травлення та нанесення тонких плівок

Винахід відноситься до області нанесення тонких плівок у вакуумі і може бути використано, наприклад, у мікроелектроніці. Пристрій містить вакуумну камеру і магнітну систему. У вакуумній камері розташований анод виконаний у вигляді порожнього прямокутного паралелепіпеда, в отворах підстав якого розташовані мішень і подложкодержатель. Біля відкритих торців розташовані один навпроти одного два спіральних термокатода, мають напівкруглі відбивачі, закривають торці. Паралельно мішені і підкладці встановлені магнітокеровані заслінки. Магнітна система виконана у вигляді двох соленоїдів, пов'язаних магнітопроводом і встановлених біля відбивачів зовні камери. Довжина термокатода l, відстань між мішенню і подложкодержателем h, відстань між катодами L і діаметр мішені d обрані з співвідношень: 0,13 L≤h≤0,3 L; 0,45 L≤d; l=1,14 d. Винахід дозволяє збільшити рівномірність розподілу щільності іонного струму по поверхні мішені і потоку наносимого матеріалу, що призводить до підвищення якості плівок при збільшенні продуктивності і економічності пристрою. 2 з.п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до машинобудування і може бути використане для захисно-зміцнюючої обробки та нанесення зносостійких покриттів на різьбові поверхні деталей, застосовуваних, наприклад, у ролико-гвинтових і шарико-гвинтових передачах. Спосіб включає підготовку поверхні під нанесення покриття та нанесення зносостійкого покриття. При цьому підготовку поверхні під нанесення покриття поєднують з зміцнюючої обробкою, проводячи її в наступній послідовності: деталь занурюють в електроліт, формують навколо оброблюваної поверхні деталі парогазову оболонку і запалюють електричний розряд між оброблюваною деталлю і електролітом шляхом подачі на оброблювану деталь електричного потенціалу, при цьому забезпечують режим електролітно-плазмового полірування різьбової поверхні, а після електролітно-плазмового обробки різьбової поверхні деталі поміщають у вакуумну камеру установки для іонно-імплантаційній обробки, проводять іонне очищення іонами аргону при енергії від 6 до 8 кев і іонно-імплантаційну обробку поверхні деталі іонами ітербій або азоту, а потім у цій же установці іонно-плазмовим методом наносять зносостійке покриття ивойств різьбових поверхонь деталей. 21 з.п. ф-ли, 1 пр.

Спосіб отримання конвертера вакуумного ультрафіолетового випромінювання випромінювання видимого діапазону у вигляді аморфної плівки оксиду кремнію sioхна кремнієвій підкладці

Винахід відноситься до способу отримання люмінесцентного матеріалу - конвертера вакуумного ультрафіолетового випромінювання випромінювання видимого діапазону у вигляді аморфної плівки оксиду кремнію SiOX на кремнієвій підкладці, призначеного для створення функціональних елементів фотонних приладів нового покоління, а також для контролю жорсткого ультрафіолетового випромінювання у вакуумних технологічних процесах. Здійснюють імплантацію в вищевказану плівку іонів кисню з подальшим відпалом при температурі 700-900°С протягом 0,5-1 години в атмосфері сухого азоту. Для імплантації використовують конвертер у вигляді аморфної плівки оксиду кремнію товщиною 20-70 нм, проводять імплантацію з енергією іонів, величину якого визначають за формулою E = 0,19 ⋅ d - 0,18 , де Е - енергія іонів, кев, d - товщина аморфної плівки діоксиду кремнію, яку вибирають в межах від 20 до 70 нм, і при флюенсе, який визначається за формулою F = 2.21 ⋅ 10 15 ⋅ ( x - 2 ) ⋅ d , де F - флюенс, см-2, d - товщина аморфної плівки діоксиду кремнію, яку вибирають в межах від 20 до 70 нм, x - стехіометричний коефіцієнт, що є безрозмірною величиною, який вибирають в межах від 2,01 до 2,45. Забезпечується збільшення інтенсивності червоного випро�ня у видиме. 6 іл., 1 табл., 4 пр.

Спосіб нанесення наноалмазного матеріалу комбінованою електромеханічною обробкою

Винахід відноситься до способу нанесення наноалмазного матеріалу комбінованою електромеханічною обробкою і може бути використано в машинобудівній, авіаційній, автомобільній та інших галузях промисловості. В нормальних атмосферних умовах проводять обробку, при якій на поверхню тертя сталевих деталей наносять обмазку, що складається з коагулированних наноалмазів у вигляді порошку розміром 200...250 нм, змішаних з консистентним графітним мастильним матеріалом, і потім здійснюють електромеханічну обробку із забезпеченням поверхневого шару сталі з ферито-сорбито-трооститной структурою і формуванням на поверхні сталі наноструктурного шару з графіту, спеченого з наноалмазами з отриманням загальної зміцненого шару товщиною до 1,2 мм Забезпечується підвищення триботехнічного показників і зносостійкості деталей з покриттям. 4 іл., 1 табл.

Спосіб плазмового азотування деталей

Винахід відноситься до області поверхневого зміцнення шляхом азотування деталей. Може використовуватися при виготовленні деталей і інструменту, до яких пред'являються вимоги підвищеної опору схоплювання і адгезії в парах тертя і корозійної стійкості в умовах вологого повітря. Плазмене азотування деталей проводять шляхом переміщення деталі щодо плазмотрона в зоні плазмового струменя, що формується в перетворювачі потоку плазмотрона з щілинним вихідним отвором. В якості плазмоутворюючого газу використовують азот, який є одночасно легуючим елементом. Отриманий легований азотом поверхневий шар забезпечує підвищену зносостійкість, втомну міцність і опір корозії в умовах абразивного зношування з мінімальним рівнем деформацій і викривлення деталей. 1 з.п. ф-ли, 2 іл., 2 пр.

Спосіб іонної імплантації поверхонь деталей з конструкційної сталі

Винахід відноситься до області іонно-променевої вакуумної обробки матеріалів і може бути використане в машинобудуванні для підвищення експлуатаційних властивостей деталей машин і механізмів. Спосіб включає обробку поверхні деталей з конструкційної сталі потоком іонів міді та свинцю з використанням катода-имплантера, виготовленого з монотектичного сплаву міді зі свинцем, який контактним легуванням вводять 5-11% алюмінію, а імплантацію здійснюють з дозою (4,5-6,5)·1017 іон/см2. Винахід спрямовано на підвищення корозійної стійкості деталей з конструкційної сталі, що працюють в умовах тертя з додатком зовнішнього навантаження до частин, що труться деталей в корозійному середовищі. 4 іл., 1 табл.
Up!