Спосіб іонно-плазмового зміцнювання поверхні металів та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов, в частности к процессам диффузионного насыщения поверхности ионно-плазменным методом. Известен способ ионного азотирования в газовой среде диссоциированного аммиака (25% N2 + 75% Н2) в смеси азота с аммиаком или в смеси аргона с аммиаком [1]. Известно устройство для осуществления указанного способа ионного азотирования, которое проходит в разреженной газовой среде при наличии электрического поля между корпусом камеры, выполняющем роль анода и обрабатываемыми деталями, являющимися катодом, при этом газовая среда размещена в отдельном баллоне, подключенным к разрядной камере через систему подготовки газа [2]. Недостатком указанного способа и устройства для его осуществления является узкий диапазон технологических возможностей, который предопределяет возможность азотирования ограниченной номенклатуры азотируемых сталей, а присутствие в газовой среде водорода делает невозможным его применение для деталей, условиями эксплуатации которых недопустима хр упкость поверхности, например инструмента, работающего в режиме ударных нагрузок, пар трения под высоким давлением и т.п. Кроме того, указанным способом в указанных устройства х нет возможности осуществлять смену состава газовой среды в ходе процесса. В основу изобретения поставлена задача создания способа получения диффузионных покрытий ионноплазменным методом и устройства для его осуществления, которые обеспечивали бы расширение технологических возможностей упрочнения в зависимости от материала упрочняемого изделия и условий его эксплуатации. Поставленная задача создания способа получения диффузионных покрытий ионно-плазменным методом и устройства для его осуществления, которые обеспечивали бы расширение технологических возможностей упрочнения в зависимости от материала упрочняемого изделия и условий его эксплуатации в предполагаемом изобретении достигается тем, что процесс ведется в газовой среде, составленной из исходных газообразных компонентов, количество и процентное содержание которых изменяется в зависимости от материада упрочняемых изделий, требуемых по условиям их эксплуатации фазового состава и прочностных показателей диффузионного слоя, в том числе, и в ходе самого процесса, а устройство для осуществления указанного способа включает систему подготовки газовой среды, состоящую из отдельных однотипных магистралей газовых компонентов, последовательность которых соответствует порядку возрастания процентного содержания компонента в смеси и в каждую из которых входят включатель компонента, емкость для хранения газообразного компонента, клапан пуска компонента в смесь, задатчик давления компонента в смеси, блок сравнения давления и .переключатель компонента; емкости для газовой смеси, датчика давления газовой смеси, датчика минимального давления газовой смеси, блока пуска газовой смеси в разрядную камеру, причем датчик минимального давления газовой смеси включает клапан пуска в смесь того компонента в последовательности увеличения процентного содержания в смеси, чей включатель включен, блок сравнения данного компонента после завершения пуска компонента в емкость газовой смеси отключает клапан его пуска в смесь и в зависимости от положения переключателя компонента включает или магистраль следующего компонента или блок пуска газовой смеси в разрядную камеру, а магистраль последнего компонента отличается от других магистралей тем, что в ней отсутствует переключатель компонента и ее блок сравнения включает блок пуска газовой смеси в разрядную камеру. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом. Устройство для ионно-плазменного упрочнения (на чертеже как пример показана схема для трехкомпонентной системы подготовки газовой среды) состоит из магистралей компонентов первого (с наименьшим процентным содержанием компонента в смеси) 1, второго (следующего большего по процентному содержанию) 2, последнего (с наибольшим процентным содержанием компонента в смеси) 3, в каждой из которых имеются емкости для хранения газообразных компонентов 4-6, клапаны пуска компонентов в смесь 7-9, задатчики давления компонентов в смеси 10-12, блоки сравнения 13-15, переключатели (за исключением магистрали последнего компонента) 16 и 17, включатели 18-19, 20; датчика давления газовой смеси 21, датчика минимального давления газовой смеси 22, емкости для газовой смеси 23, блока 24 пуска газовой смеси в разрядную камеру 25. Способ осуществляется и устройство работает следующим образом. После включения системы в связи с тем, что в емкости для газовой смеси 23 давление меньше минимально допустимого, сигнал от датчика минимального давления газовой смеси 22 поступает на включатель первой магистрали 18. Если магистраль компонента включена (данный компонент наличествует по технологическому режиму в составе смеси), то включается клапан пуска данного компонента в смесь 7, после завершения запуска компонента в емкость 23 давление в ней, контролируемое датчиком 21, увеличивается до значения, равного установленного задатчиком 10, блок сравнения выдает сигнал на отключение клапана 7 и в зависимости от положения переключателя 16 или включает магистраль следующего компонента или, если данный компонент в данной газовой смеси является последним (имеет наибольше процентное содержание), включает блок 24 пуска газовой смеси в разрядную камеру 25. Аналогично работают вторая и все последующие магистрали компонентов (если система подготовки газовой среды рассчитана на количество компонентов больше трех), исключая последнюю магистраль, блок сравнения которой может включать только блок пуска газовой смеси. По мере расходования газовой смеси давление в емкости 23 уменьшается до минимально допустимого, срабатывает датчик минимального давления 22, процесс подготовки газовой среды возобновляется. В случае необходимости изменения состава смеси включателями 18-20 и переключателями 16 и 17 включаются необходимые или выключаются ненужные по технологическому режиму компоненты, а задатчиками 10-12 изменяется процентное содержание компонентов в газовой среде. Подобные изменения режимных параметров представляется возможным выполнять и в ходе процесса упрочнения. Инерционность системы по составу газовой среды ограничивается вместимостью емкости для газовой смеси 23 и уставкой задатчика компонента с максимальным процентным содержанием.