Спосіб одержання нітридної плівки

Реферат: UA 88430 U UA 88430 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області приладового машинобудування і може бути використана як захисне покриття на деталях. Відомо спосіб одержання двошарової нітридної плівки, який полягає у розпиленні мішені, плівку W 2N/TiN формують у результаті легування холодної полікристалічної підкладки вольфраму іонами азоту і титанової мішені при режимі: напруга і струм на газовому розряді 380В і 0,5 А, напруга і струм на мішені 2 кВ і 60 МA, а напруга і струм на підкладці 20кВ і 10мА 16 2 при дозі опромінення в інтервалі 1,8-2,410 іон/см [1]. Недоліком відомого способу є те, що отримана двошарова нітридна плівка складається з нітриду вольфраму та отримується на вольфрамовій підкладці. У теперішній час вольфрам коштує дуже дорого, тому, економлячи кошти, сплави, що містять вольфрам, замінюють дешевшими. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу одержання нітридної плівки шляхом того, що нітридне покриття TiN отримують на підкладках конструкційної підшипникової сталі ШХ15, яка є дешевим конструкційним матеріалом, її вартість в 15 раз нижча, ніж вартість вольфраму. Це приведе до високої адгезії плівки з підкладкою, більш високої твердості, зниження вартості використаного матеріалу підкладки в порівнянні з відомим способом. Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання нітридної плівки TiN, який полягає у розпиленні мішені, формуванні модифікованого покриття в результаті іонної імплантації у ґратку полікристалічної підкладки іонізованих атомів титанової мішені і реактивного газу азоту, згідно з корисною моделлю, як полікристалічну підкладку застосовують підкладку конструкційної підшипникової сталі ШХ15, на яку перед імплантацією подають негативний потенціал, вмикають напругу на анод і катод, де виникає дуговий розряд, що приводить до іонізації атомів азоту, одночасно подають напругу на мішень і відбувається інтенсивне бомбардування титанової мішені іонізованими атомами азоту та розпилення її матеріалу, причому розігнані іони домішки, вибиті з мішені, проникають у сталеві підкладки, захисне модифіковане покриття отримують при режимі імплантації: напруга (U p) і струм (Ір) на газовому розряді 400 В і 0,5 А, на мішені UM = 2 КB і Ім = 50 мА, на підкладці Uп = 25 кВ і Іп = 17 17 2 35 мА, доза опромінення D = 0,710 -610 іон/см , що приводить до зміцнення підкладки. Суть способу, що заявляється, пояснюється ілюстративним матеріалом, де на фіг. 1 зображено дифрактограми модифікованих покриттів, отриманих способом іонної імплантації на підкладках сталі ШХ15 при 20 і 80 хвилинах імплантації, на фіг. 2 зображено оптичний знімок структури сталі ШХ15 до імплантації при збільшенні - 500, на фіг. 3 - оптичний знімок структури сталі ШХ15 після 50 хвилин імплантації при збільшенні - 500, на фіг. 4 зображено графік залежності мікротвердості модифікованого покриття на підкладці сталі ТИХ 15 від часу імплантації, на фіг. 5 - результати дряпання поверхні модифікованого покриття (адгезійний зв'язок з підкладкою сталі ШХ15) після 50 хвилин імплантації при збільшенні - 800 з навантаженням на індентор 15 г, на фіг. 6 зображено результати дряпання поверхні модифікованого покриття (адгезійний зв'язок з підкладкою сталі 111 × 15) після 70 хвилин імплантації при збільшенні - 800 з навантаженням на індентор 15 г. Спосіб здійснюють наступним чином. У вакуумній камері установки іонної імплантації на барабані розміщують очищені стальні підкладки, титанову мішень встановлюють на іонному джерелі. Камеру герметизують, включають форвакуумний насос і водяне охолоджування. Протягом 5 хвилин проводять промивання камери інертним газом (азотом). Перед імплантацією на підкладки з конструкційної підшипникової сталі ШХ15 подають негативний потенціал, в результаті іони азоту бомбардують поверхні підкладок, очищаючи їх від залишкових забруднень. Після отримання вакууму у верхній частині вакуумного агрегату вмикають високовакуумний насос. При досягненні в камері необхідного тиску вмикають напруження катода і подають напругу на анод, в результаті між розжареним катодом і анодом виникає дуговий розряд. Одночасно подають напругу на титанову мішень та отримують захисне покриття нітриду титану шляхом інтенсивного бомбардування титанової мішені іонами азоту і розпилення її матеріалу. Розігнані іони титану, вибиті з мішені, проникають у сталеві підкладки. Після набору заданих доз імплантації вимикають живлення анода і катода. Потім припиняють подачу азоту, напускають повітря у камеру і сталеві підкладки витягують.Режими отримання захисного модифікованого нітридного покриття: напруга (U p) і струм (Ір) на газовому розряді 400 В і 0,5 А, на мішені Um = 2 КB і Ім = 50 мА, на підкладці Uп = 25 кВ і Iп = 35 мА, доза 17 17 2 опромінення D = 0,710 -610 іон/см . Фазовий склад покриттів досліджувався за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОН-4 у відфільтрованому CuKα-випромінюванні при напрузі 30 кВ і анодному струмені 20 мА, структура поверхні досліджувалась на металографічному мікроскопі МІВ-7. Величина адгезії 1 UA 88430 U 5 10 15 20 25 30 оцінювалася якісно за допомогою склерометричного методу [2] шляхом подряпування діамантовою пірамідою отриманого покриття на мікротвердомірі ПМТ-3 при навантаженні від 15 до 35 г. Ширина подряпин вимірювалась за допомогою об'єкт-мікрометра ОМО з ціною розподілу 0,01 мм. Виміри мікротвердості плівок здійснювались методом Віккерса на приладі ПМТ-3 при навантаженні на індентор 35 г. Приклад. Імплантацію нітридного покриття титану проводили на установці іонної імплантації при такому режимі імплантації: Up = 400 B і Іп = 0,5 А, Uм = 2 кВ, Iм = 50 мА, Uп = 25 кВ, Іп = 35 мА. Як підкладка була вибрана платівка конструкційної підшипникової сталі ШХ15, як мішень -2 титанова платівка, а реактивним газом був азот при тиску 3,3210 Па. У процесі імплантації 17 2 17 2 мішень опромінювали іонами азоту в інтервалі від 0,710 іон/см до 610 іон/см . Таким чином на підкладці конструкційної підшипникової сталі ШХ15 можна одержувати модифіковані багатофазні нітридні покриття з шарами оксиду і нітриду титану, а також з нітридом підкладки, з їх різним співвідношенням. 17 2 17 2 При дозах від 0,710 іон/см до 610 іон/см та часі від 10 до 90 хв. імплантації було отримано модифіковані багатофазні нітридні покриття. Дифрактограми нітридних покриттів, отриманих методом іонної імплантації, підтверджують багатофазність покриттів (фіг. 1). Отримані покриття мають дрібнозернисту структуру, яка має велику щільність і сприяє підвищенню твердості (фіг. 2-3). Мікротвердість композиції "покриття - підкладка" - 4,15 ГПа (фіг. 4). Подряпування алмазною пірамідою свідчить про високу адгезію, а також про високі пластичні властивості отриманого покриття (фіг. 5-6). Величина адгезії отриманої плівки досягає 1,61 ГПа. Таким чином, при використанні високодозової імплантації з дозою опромінення від 17 2 17 2 0,710 іон/см до 610 іон/см можна отримувати багатофазні нітридні покриття на підкладках з конструкційної підшипникової сталі ШХ15, які мають дрібнозернисту структуру та підвищену твердість й адгезією. Використання корисної моделі, яка заявляється, дозволить на установці іонної імплантації при високих дозах імплантації отримувати багатофазні модифіковані нітридні покриття з підвищеною твердістю, яка не зменшує пластичності, про що свідчить висока адгезія на підкладках з більш дешевого матеріалу у порівняні з відомим способом. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент України на винахід № 68968 А, МПК 7 С23С16/34, опублікований 16.08.2004, бюл. 8 - прототип. 2. Хрущев Μ. Η. Склерометрия /Хрущев Μ. Η. - Μ.: Наука, 1968. - 205 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб одержання нітридної плівки, який полягає у розпиленні титанової мішені, формуванні модифікованого покриття в результаті іонної імплантації у ґратку полікристалічної підкладки іонізованих атомів титанової мішені і реактивного газу азоту, який відрізняється тим, що як полікристалічну підкладку застосовують підкладку конструкційної підшипникової сталі ШХ15, на яку перед імплантацією подають негативний потенціал, вмикають напругу на анод і катод, де виникає дуговий розряд, одночасно подають напругу на мішень шляхом інтенсивного бомбардування титанової мішені іонами азоту і розпилення її матеріалу, причому розігнані іони титану, вибиті з мішені, проникають у сталеві підкладки, захисне модифіковане покриття отримують при режимі імплантації: напруга (Up) і струм (Ір) на газовому розряді 400В і 0,5А, на 17 17 мішені Uм=2кВ і Ім=50мА, на підкладці Uп=25кВ і Іп=35мА, доза опромінення D=0,710 - 610 2 іон/см . 2 UA 88430 U 3 UA 88430 U 4 UA 88430 U 5 UA 88430 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6