Способ карбидизации поверхности металлов и сплавов

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к процессам ионно-лучевой обработки для модификации поверхностных слоев, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях техники для повышения износостойкости и коррозионной стойкости при упрочнении режущего инструмента, штампов. Цель - повышение производительности. Способ карбидизации поверхности металлов и сплавов включает ионное легирование путем периодической бомбардировки поверхности ионами углерода с частотой 2 - 10 Гц в течение 100 - 300 мкс, а в интервалах между бомбардировкой наносят углеродсодержащую пленку методом адсорбции из газовой фазы при давлении 10<SP POS="POST">-1</SP> - 10<SP POS="POST">-2</SP> Па. Способ благодаря достижению скорости набора концентрации атомов углерода в поверхностном слое обрабатываемых изделий 500 ат.%<SP POS="POST">.</SP>см<SP POS="POST">2</SP>/мин обеспечивает существенное повышение производительности процесса карбидизации. 1 табл.

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4 С 21 0 10/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОММ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4327015/31-02 (22) 28.09.87 (46) 15.12.89, Бюл. Ю 46 (71) Томский институт автоматизиро,ванных систем управления и радиоэлектроники (72) Д.А.Носков и А.И.Толопа (53) 621.793.669.586.5(088 ° 8)

I (56) Баранников В.Л. и др. Влияние ионной имплантации на микротвердость и структуру поверхностных слоев железа и стали Х12И. - Тезисы докл.

VI Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике. Томск, 1986, т. 3, с. 166-168. (54) СПОСОБ КАРБИДИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ (57) ИзоЬретение относится к металлургии, в частности к процессам ионнолучевой обработки для модификации

Изобретение относится к металлургии, в частности к процессам ионнолучевой обработки материалов для модификации поверхностных слоев и может быть использовано в машиностроении и других отраслях техники для повышения износостойкости и корроэионной стойкости при упрочнении режущего инструмента штампов.

Цель - повышение производительности °

Способ карбидизации поверхности металлов и сплавов включает ионное легирование путем периодической бомбар2 поверхностных слоев, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях техники для повышения износостойкости и корроэионной стойкости при упрочнении режущего инструмента, штампов. Цель - повышение производительности. Способ карбидизации поверхности металлов и сплавов включает ионное легирование путем периодической бомбардировки поверхности ионами углерода с частотой 2-10 Гц в течение 100-300 мкс, а в интервалах между бомбардировкой наносят углеродсодержащую пленку методом адсорб-, ции из газовой фазы при давлении 1О

10 Па. Способ благодаря достижению

-2 скорости набора концентрации атомов углерода в поверхностном слое обрабатываемых изделий 500 ат.(-cM2/мин обеспечивает существенное повышение . производительности процесса карбидизации. 1 табл. дировки поверхности ионами углерода с частотой 2-10 Гц в течение 100300 мкс, а в интервалах между бомбардировками наносят углеводосодержащие соединения методом адсорЬции из газо-2 вой фазы при -давлении 1о -10 Па.

Интервал давления 10 -10 Па обусловлен, с одной стороны, скоростью образования адсорбционной пленки углеродсодержащих соединений, которая до- стигает 10-100 нм в 1 с, с другой электрической прочностью ускоряющего промежутка, который при напряжениях

1528802

10-100 кВ начинает пробиваться при

-1 давлении выше 10 Па.

Использование метода адсорбции углеродсодержащих соединений иэ газовой фазы для нанесения их на поверхность изделий при давлении 10 -10 Па позволяе"г вести процесс при низких температурах и использовать в качестве рабочего вещества пары масла диффуэи- 10 онных насосов, оторые в процессе отка лк.л неизбе>ш о поступают в рабочую камеру в достаточном количестве, что позволяе i обходиться без специальных (автономных) источников пара, упроща- 15 ет условия эксплуатации оборудования и ведет к повышению производительности., Испопь.ование для имплангации атомов углерода в поверхностный слой из- 20 делия пу гем бомбардировки ионами угле рода позволяет не только ввес;и ионы углерода внутрь иэделия, но обеспечивает внедрение в поверхностный слой изделия атомов углерода из покрытия, 25 адсорбированного на поверхности, а также стимулирует процессы диффузии атомов углерода в поверхностный слой иэделия, -,то приводит к увеличению производчтел .ности процесса. Частота 0 периодическ. ионной бо>1бардирсл ки 2-10 Гц vi ..E. дл>1тельнос.; ь 100 300 мкс. выбраны с. учелом с:корости образования адсорбированной пленки и расп> гения поверх, о .т и, tiр.1 этс); i адсорбировэннс >л Зс пленка дост.1гае T достаточной толщины,.

1 а именно 10-50 нм> R рсзультате эффек-! тивной переда:ли эн-ргии ионами ато::.ам углерода н происход,лт их внедрение в повер> нос ный сло- 1 с образованием карбидов и, кроме того, обеспечивается перемешивание" легированного слоя с углеродом покрытия. 3а время 100300 мкс указанные процессы успевают завершиться> а катодное распыление не 4 приводит к раэр, шению покрытия.

Сущность способа заключается в следующе>1„

В реэупьтате процессов адсорбции газов и газовой Фазы углеродсодержащих соединений и конденсации паров на поверхности изделия непрерывно нарастает пленс ч>4ое покрытие из углеродосодержащих соединений. 3а время

0,1-0,5 с,олщина пленки достигает

1-50 нм, После этого поверхность подвергает..я импульсной бомбардировк» ионами углерода : помощью плаэмен oго ускоритепя, > е> врирующего ионы углерода с энергией 100-150 кэВ, что вызывает диссоциацию пленки с выделением атомов углерода на поверхности, Часть ионов проходит сквозь пленку и, внедряясь в поверхностный слой, образует карбиды ° Другие ионы, сталкиваясь с атомами углерода покрытия, передают им свою энергию, что способствует их. диффузии в поверхностный слой, Кроме того, в поверхностном слое под действием ионной бомбардировки создаются радиационные дефекты> обе".печивающие условия для радиационно-стимулированной диффузии.

Процессы ионного легирования повторяют с частотой 2-10 Гц„

Пример. Осуществляют карбиди эацию циклически в в;:куумной камере

-1 -2 при давлении 10 -10 Па, откачиваемой паромасляным насосом беэ вымораживающей ловушки. Парь рабочего масла, содержащего углеводэродные компоненты, адсорбируются на поверхности изделия и образую пленку. Затем осуществляют бомбардировку ионами углерода. Для этого используется импульсный плазменный ускоритель, генерирующий ионы углерода с э>-.ергией 100-150 кэВ при длительности им> у"ьса 100-300 мкс с током пучка 1 А, - ри этом операции нанесения и бомбардировки проводят

> ногокра гно, В данном случае способ ,.e. ке реализуется без дополнительных источников углеродсодержащего вещестsa, что существенно облегчает условия эксплуатации и обеспечивает увеличение производительности процесса карбидизации. Свойства поверхности после имплантации приведены в таблице, Анализ данных таблицы показывает, что концентрация имплантированных атомов углерода и скорость набора концентрации атомов углерода в поверхностном слое обрабатываемых иэделий при обработке по предлагаемому способу существенно выше по сравнению с обработкой по известному способу, что свидетельствует о более высокой произвоодительности способа, 6

Таким образом, предлагаемый способ карбидизации благодаря введению операции осаждения пленки углерода методом адсорбции углеродсодержащих соединений из газовой фазы и их диссоциации при бомбардировке ионами углерода, а также чередованию процесса осаждения и ионного легирования обеспечивает существенное повышение проиэе

528802 6 с целью повышения производительности,, ионное легирование проводят периоди° ческой бомбардировкой поверхности . 5 ионами углерода с частотой 2-10 Гц в течение 100-300 мкс и в интервалах между бомЬардировкой наносят углеродсодержащие соединения методом адсорбции из газовой фазы при давлении

10 -10 Па.

Способ карбидизации поверхности металлов и сплавов путем легирования поверхностного слоя ионами углерода, отличающийся тем, что, Глубина имплантаЭнергия. ионов

КэВ

TQK ионовр

Способ ции, нм мин

20

1-5

<100

100

500

100-150 100

Составитель Н.Сункина

Редактор М.Недолуженко Техред Jl.Сердюкова Корректор М.Васильева

Заказ 76!6/23 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 1 водительности процесса карбидиэации, .значительное упрощение оборудования, обеспечение условий его эксплуатации формула и э о б р е т е н и я

Известный (легирование ионами углерода)

Предлагаемый (циклическое и многократное нанесение пленки углеродсодержащих соединений методом адсорЬции с последующей бомбардировкой ионами углерода) Концентра" ция имплантированных атомов углерода, ат.3

Скорость набора концентрации атомов угле. рода, ат.3см2