Спосіб іонного азотування азотоактивних металів

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов, в частности к процессам диффузионного насыщения ионно-плазменным методом азотоактивных металлов, например, высокоуглеродистых инструментальных сталей, титановых, молибденовых и алюминиевых сплавов. Известен способ азотирования азотоактивных металлов, например, титана и его сплавов, молибдена и его сплавов, которое проводят в тлеющем разряде в газовой среде, состоящей из диффундирующего элемента, в качестве которого используют аммиак, азот или смесь аммиака с азотом, при пониженном давлении и наличии электрического поля между корпусом камеры, выполняющим роль анода, или специальным анодом и обрабатываемыми изделиями, служащими катодом [1]. Недостатком указанного способа является образование на поверхности азотоактивных металлов тонкой и хр упкой нитридной фазы, создающей, кроме того, запирающий эффект, который препятствуе т проникновению азота на относительно большую глубину. Этот недостаток усугубляется присутствием в газовой среде водорода, который вызывает водородное охрупчивание. В основу изобретения поставлена задача создания способа ионного азотирования азотоактивных металлов, который обеспечивал бы повышение пластичности диффузионного слоя и увеличение его глубины. Поставленная задача создания способа ионного азотирования азотоактивных металлов, который обеспечивал бы повышение пластичности и увеличение глубины диффузионного слоя, в предполагаемом изобретении осуществляется тем, что ионное азотирование ведут в газовой среде, которая состоит из диффундирующего и инертного компонентов, например соответственно азота и аргона, соотношение которых по объемному проценту подбирают в зависимости от материала упрочняемого изделия. Способ осуществляют за счет снижения азотного потенциала до оптимальных для конкретного материала упрочняемого изделия значений, при котором процесс образования диффузионного слоя проходит без образования хрупкой поверхностной нитридной фазы. При этом некоторый недостаток свободного азота по сравнению с азотированием в газовых средах, в которых содержание азота соответствует прототипу, способствует более глубокому проникновению азота в металл. Это явление объясняется тем, что уменьшенный азотный потенциал не способствует образованию на поверхности тонкой и хрупкой нитридной фазы, через которую становится невозможной диффузия азота на большие глубины. Кроме того, присутствие инертного компонента, например аргона, и отсутствие водорода в газовой среде способствует приданию диффузионному слою свойств пластичности и устранению хрупкости. Опытным путем установлено, что оптимальным соотношением азота и аргона в объемных % является: для инструментальных углеродистых сталей азот - 20-25%, аргон - 80-75%, для остальных азотоактивных металлов - азот - 3-5%, аргон-95-97%. Использование предлагаемых составов газовых сред хотя и обеспечивает микротвердость несколько меньшую по сравнению с прототипом, но диффузионный слой состоит только из зоны внутреннего азотирования, причем глубина его может составлять 25-40 мкм, что в некоторых случаях почти на порядок больше, чем при использовании газовых сред, указанных в прототипе. Проведенными экспериментами установлено, что ионное азотирование в указанных средах позволяет получить поверхностную микротвердость 8500-9000МПа при глубине поверхностного упрочненного слоя до 40 мкм, при этом износостойкость по сравнению с прототипом повышается в 1,6-1,9 раза, а в тяжелых условиях эксплуатации до 3 раз.