Засіб зміцнення поверхні виробів в вакуумі і пристрій для його здійснення

f t3 14717 2 Изобретение относится к способам жигают несамостоятельный газовый рази технике нанесения защитных покрытий ряд с силой тока в десятки-сотни ами может быть использовано в машинопер и напряжением разряда 20-80 В строении для повышения износостойкос(величина напряжения на электродах ти инструментов и деталей машин. 5 определяется родом реактивного газа, Целью изобретения является повыдавлением в объеме и силой разрядшение производительности способа упного тока). При таком токе разряда рочнения поверхностей изделий и уств условиях низкого давления степень ройства для его осуществления. ионизации газовой плазмы достигает На фиг.1 дана схема предложенного 10 высоких значений, а следовательно, устройства; на фиг.2 приведен график повышается и химическая активность зависимости толщины азотированного газовой плазмы. При больших значени- ; слоя покрытия от длительности химикоях электронного потока инжекция электтермической обработки; на фиг.З ронов из плазмы автономного дугового график зависимости скорости изменеразряда не требует приложения напряния толщины слоя покрытия, подвергнужения для их транспортировки.Плазма того химико-термической обработке, дугового вакуумного разряда содержит от времени. ионы металла и реакционного газа.Чтобы обеспечить высокую степень иониДля повышения производительности 20 зации газовой плазмы и не допустить в предлагаемом способе разрешается осаждения на изделие металла расхоследующее противоречие. Наибольшая дуемого электрода в процессе химискорость испарения металла, а следоко-термической обработки, необходимо вательно, и производительность в сепарировать смесь газовой и металэлектродуговом испарении имеет место 25 лической плазмы. Чередуя в одном ва2 при давлении менее (1-10)«10~ Па, куумном объеме осаждение при давлеа наилучшее качество покрытия за 2 нии (1,33-13,3) • 10~ Па и химико-терсчет достижения необходимой его стемическую обработку при этом же давлехиометрии имеет место при давпении нии, можно добиться необходимой сте6,65-10"' Па. хиометрии покрытия. Задача разрешения противоречия : Соотношение времени напыления и необходимо обеспечить наибольшую скохимико-термической обработки выбирость испарения при давлении 6 9 65* 1 рают таким, чтобы напыленный слой ИСТ Па, когда достигается необподвергался химико-термической обраходимая стехиометрия, и получение 35 ботке на всей толщине. Процесс нанестехиометрического состава покрытия сения покрытия необходимого стехиопри давлении (1, 33-13,3) • 10" Па и • метрического состава осуществляется наибольшей производительности. в два многократно чередующихся этаСнижение производительности при па: получение покрытия электродугодавлении большем (1,33-13, 3) • 10~~2 Па 40 вым испарением материала катода с непроисходит из-за образования на подостаточной стехиометрией при давверхности катода трудиоиспаряемых лении (1,33-13,3)»10~2 Па, при котосоединений металла с реагтивноїм газом ром обеспечивается повышенная скорость что невозможно устранить. испарения металла, и насыщение нанеБолее простым способом повышения производительности является увеличе- 45 сенного слоя покрытия реакционным газом на всю толщину покрытия путем ние химической активности газовой химико-термической обработки в плазплазмы, тогда необходимая стехиометме несамостоятельного газового разрия покрытия обеспечивается и при ряда. более низком давлении» Увеличение хиСП мической активности плазмы осущестJ%J Для определения соотношения вревляется зажиганием несамостоятельного мени осаждения покрытия и химико-тергазового разряда при давлении реакмической обработки экспериментальным тивного газа (1,33-13,3)•ІСГ2 Па. путем определяют зависимость толщиДля зажигания газового разряда в ны напыленного слоя от длительности объем, заполненный реактивным газом, -- химико-термической обработки (фиг.2). ** инжектируются электроны, и между ваГрафически дифференцируя эту завикуумной камерой и положительным элексимость, получают график зависимости тродом, установленным в камере, заскорости изменения толщины слоя по 5 13 14717 6 происходит при подаче напряжения на «'ваемое с помощью реле времени 16. Выэлектрод 8 и работающем испарителе 6. соковакуумная система откачки устаПри работе испарителя 6 в объеме 3 новки не показана. Для регулировки образуется металлическая и газовая натекания реактивного газа в устаплазмы. Ионы металлической плазмы новку имеется игольчатый натекатель конденсируются на оптически непроз17.Обрабатываемые изделия 18 распорачном экране и вобъем 4 не попадалагают напротив катода электродугоют. Газовая плазма, образующаяся при вого испарителя. столкновениях ионов металла с нейтПослойное нанесение покрытия с поW ральными молекулами газа, проникает следующей химико-термической обработв объем 4. При наличии положительного кой производится в устройстве слепотенциала на электроде 8 электрондующим образом. ный компонент газовой плазмы ускоряУстройство откачивается системой ется и производит ионизацию остаточоткачки до давления 6,65*10" Па и 15 ного газа. В результате в камере 4 с помощью натекателя 17 в объемах 4 зажигается несамостоятельный газовый и 3 устанавливают парциальное давлеразряд (для его существования необние реактивного газа (например, азоходима инжекция электродов в объем та) на уровне 6,65*10" Па. Нанесе4; при выключении испарителя 6 инние покрытия начинают включением жекция электронов прекращается и разэлектродугового испарителя в одном из 20 ряд в объеме 4 гаснет). Параметры объемов (например, в объеме 4 ) . Однесамостоятельного разряда следуюновременно включается электрод 7 в щие: сила тока - десятки и сотни амобъеме 3. Включение испарителей 5 и 6 пер, напряжение - 80 В. При таких и электродов 7 и 8 производится с 25 значениях тока ионизация газовой помощью коммутатора 15. Контактами плазмы достигает высоких значений, и 11 и 14 одновременно подключаются к плазма обладает высокой химической источнику 9 испаритель 5 и электрод активностью. Толщина слоя при напыле7. При этом испаритель 6 и электрод нии металла на изделие подбирается 8 контактами 13 и 12 отключены. Через 30 такой, чтобы за время, когда происпромежуток времени, устанавливаемый ходит химико-термическая обработка, с помощью реле времени 16, коммутивесь напыленный слой покрытия прохорующее устройство переключает укадил эту обработку. занные контакты, и происходит включение испарителя 6 и электрода 8. Чтобы выбрать параметры процесса Процесс повторяется периодически че- 35 напыления и химико-термической обрарез равные промежутки времени. ботки, экспериментально определяют скорость протекания химико-термичесПри работе испарителя 5 в среде кой обработки по глубине слоя. Для , } реактивного газа на изделие за вреэтого наносят на образцы слой покрымя экспозиции наносится слой, содержащий две фазы: - соединение металла 40 тия толщиной, например, 20 мкм. Затем образцы подвергают химико-термис азотом и металл. При конденсации ческой обработке. После ее проведена изделие подается отрицательный пония образцы извлекают, изготавливают тенциал 200 В. Положительные ионы мепоперечные шлифы, протравливают в талла и реактивного газа под воздейс45 специальном растворе и с помощью миктвием потенциала бомбардируют поверхроскопа определяют толщины проазотиность изделия и при этом формируется рованного слоя. Строят график завислой с высокими физико-механическими симости толщины азотированного слоя свойствами, но недостаточной износоот времени обработки. Затем графичесстойкостью. Поскольку конденсация металла происходит при парциальном дав- 50 ки дифференцируют полученную зависимость и получают график зависимости лении 6,65*10"2 Па, то образующееся скорости химико-термической обработпокрытие недостаточно насыщено азоки от времени. Графики, приведенные том. Для дополнительного насыщения на фиг.2 и 3, получены при азотиротончайшего слоя покрытия после напы55 вании слоя напыленного титана толления в объеме 4 возбуждают несамощиной 20 мкм. Имея график зависимосстоятельный газовый разряд при том ти скорости химико-термической ображе парциальном давлении реактивного ботки от времени, можно определить газа 6,65«10~2 Па. Зажигание разояпа 9 13 14717 KD мико-термической обработки покрытия наносимого металла, расположенными определяется выражением напротив обрабатываемых поверхностей, систему напуска активированного реак*ционного газа и источник электропита5 ния, о т л и ч а ю щ е е с я тем, где t. - время, при котором скорость что камера разделена на объемы по химико-термической обработки опредечислу электродуговых испарителей опляется выражением тически непрозрачными жалюзными экранами, каждый объем снабжен допол(ff/dt) = 10 нительным электроизолированным элек2. Устройство для упрочнения потродом, подключенным к положительному верхностей изделий в вакууме, содерполюсу источника электропитания,прижащее камеру с системой откачки и чем электроды и испарители подключеразмещенными в ней, по крайней мере, ны к источнику электропитания через двумя электродуговыми испарителями J5 коммутатор. 18 Фиг.Т 1314717 7\мин 0 10 20 30 НО50 SO 70 SO 30 100110120 Время ХТО (риг. 2 S мкм Qfi dt мин 07 OJS 0,5 0,2 01 Ту пин 10 20 ЗО 40 50 SO 10 ВО фиг,3 Редактор Т.Орловская Составитель Мирошкин Техред А.Кравчук Корректор И.Эрдеии Заказ 603/ДСП Тираж 703 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 13147 17 8 Время получения такого же покрытия при давлении 6,65 '10^ Па составит примерно 60 мин. Следовательно, производительность процесса получения износостойких покрытий может быть увеличена вдвое. В экспериментальной установке сила тока в испарителе составляла 160 А. Время переключения цикла 2 мин. При где У« он д - скорость конденсации. fO таком режиме катод не перегревался. Скорость конденсации от точечноРабочее давление азота с помощью авго электродугового испарителя на плотоматического натекателя поддержищадке, расположенной на расстоянии валось на уровне 4*10 Па. D от катода (при косинусоидальном Напылению подвергались режущие законе распределения потока металла) 15 пластины из стали Р6М5. Показано, можно определить из выражения что стойкость режущего инструмента в 1,3 раза превосходит стойкость инструмента, полученного при напылении