Способ ионно-лучевой обработки изделий

 

Использование: изобретение относится к ионно-лучевой вакуумной обработке материалов и может быть использовано в инструментальной промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента штамповой оснастки, деталей машин. Сущность изобретения: вначале проводят имплантацию ионами, образующими либо нитриды, либо карбиды, либо бориды, энергией 50-200кэВ и дозой 2 1016 - 2 1017 - 2 1017 ион/см2, а затем ионами молибдена энергией 20-50кэВ и дозой 2 1016 - 2 1017 ион/см2. 1 табл.

Изобретение относится к ионно-лучевой вакуумной обработке материалов и может быть использовано в инструментальной промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента штамповой оснастки, деталей машин. Целью изобретения является повышение износостойкости изделий. Энергия и элементный состав имплантируемых ионов определяется следующим. В приповерхностном слое, находящемся на некоторой глубине, образуют соединения, обладающие высокой микротвердостью. Это возможно осуществить при энергиях не ниже 50 кэВ, т.к. при меньших энергиях из-за малого пробега ионов и распыления, максимальная концентрация имплантируемых ионов будет находиться непосредственно на самой поверхности. Это будет мешать формированию второго слоя. Верхняя энергия имплантируемых ионов ограничена тем, что при E> 200 кэВ для ускорителей ионов требуются специальные помещения с защитой от рентгеновского излучения. Так же сильно возрастает стоимость ускорителей и стоимость их обслуживания. Поэтому обработка изделий ионами более высоких энергий нецелесообразна с экономической точки зрения. Энергия и элементный состав имплантируемых ионов при формировании второго слоя обусловлены следующим. Этот слой должен находиться на самой поверхности, чтобы именно его свойствами определялось взаимодействие изделия с ответной деталью (или обрабатываемым материалом). Это можно обеспечить при энергиях ионов выше 20 кэВ. При более низких энергиях коэффициент вторичной эмиссии материала имеет высокие значения, что приведет к малой глубине их проникновения и уносу имплантируемых элементов. Обработка ионами с E>50 кэВ приведет к формированию не двухслойной структуры приповерхностного слоя, а к однослойной. Это приведет к формированию приповерхностной области материала, обладающей высокой хрупкостью и, как следствие, не высокой износостойкостью. Выбор дозы облучения обусловлен снизу тем, что при меньших дозах D< 21016 ион/см2 концентрация имплантируемых ионов мала и не происходит существенных изменений в свойствах облучаемого материала и износостойкость изделий не изменяется. Облучение ионами с дозой больше, чем 21017 приводит к формированию очень хрупких приповерхностных слоев и, как следствие, понижению износостойкости. Пример 1. На очищенную и обезжиренную химическим путем поверхность сверл, изготовленных из твердого сплава ВК6М, имплантировали ионы молибдена с дозой 81016 ион/см2. Испытания износостойкости сверл проводились путем сверления двусторонних печатных плат толщиной 1,5 мм на четырехшпиндельном станке с ЧПУ марки КЛ-46 в производственных условиях. Результаты производственных испытаний приведены в таблице, п. 1. Пример 2. Подготовленные сверла, как в примере 1, обрабатывались ионами углерода дозой 11017 ион/см2. Результаты приведены в таблице, п. 2. Пример 3. Сверла имплантировались ионами твердого сплава ВК-3 дозой 1,21017 ион/см2. Результаты приведены в таблице, п. 3. Пример 4. Сверла имплантировались ионами молибдена дозой 81016 ион/см2, а затем - ионами твердого сплава ВК-3 дозой 121017 ион/см2. Результаты приведены в таблице, п. 5. Пример 5. Сверла имплантировались вначале ионами твердого сплава ВК-3 дозой 1,21017 ион/см2, а затем ионами молибдена дозой 81016 ион/см2. Результаты приведены в таблице, п. 5, и акте эксплуатационных испытаний мелкоразмерных сверл. Из таблицы видно, что использование сверл согласно п. 5 позволяет повысить износостойкость в 3,8 раза. По сравнению с прототипом, заявленный способ обладает тем преимуществом, что происходит формирование очень твердого слоя, находящегося на некоторой глубине от поверхности, и формирование на самой поверхности изделия менее твердого, но пластичного слоя, обладающего малым коэффициентом трения. Таким образом, слоеная структура материала обладает одновременно двумя противоположными свойствами: высокой твердостью и пластичностью. Именно такое сочетание свойств приводит к значительному повышению износостойкости режущего инструмента, что невозможно достигнуть, обрабатывая изделия другими ионами или в другой последовательности, или с другими энергиями. Авторское свидетельство СССР N 1394744, кл. C 23 C 14/48, 1985. Авторское свидетельство СССР N 1483979, кл. C 14/48, 1988р

Формула изобретения

Способ ионно-лучевой обработки изделий, включающий имплантацию из одного источника ионов металла и неметалла, выбираемых из группы элементов, образующих твердое соединение, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости изделий, сначала проводят имплантацию ионами с энергией 50-20 кэВ и дозой 2 1016 - 2 1017 ион/см2, образующими либо нитриды, либо карбиды, либо бориды, а затем ионами молибдена с энергией 20-50 кэВ и с той же дозой.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технологии с использованием плазменных ускорителей для очистки поверхностей, травления, нанесения тонких покрытий и т.д
Изобретение относится к области коррозионной защиты (в том числе и локальной) металлических деталей из сплавов на основе меди и алюминия, предназначенных для использования в радиоэлектронной аппаратуре, в том числе и СВЧ-диапазона

Изобретение относится к ионно-лучевой технологии обработки поверхности металлов и сплавов и может быть использовано при создании защитных износостойких и коррозионно-стойких поверхностных слоев металлов в машиностроении и инструментальной промышленности

Изобретение относится к ионно-лучевым технологиям получения материалов со специальными свойствами, в частности к способам повышения износостойкости рабочих поверхностей инструментов, изготовленных из твердых сплавов
Изобретение относится к радиационному материаловедению и предназначено для обработки поверхности различных конструкционных материалов

Изобретение относится к металлургии , в частности к химико-термической обработке с использованием источников высококонцентрированной энергии, а именно ионной имплантации, и может быть использовано в машиностроение для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из медных сплавов

Изобретение относится к обработке металлов и сплавов потоками энергии

Изобретение относится к плазменной технологии получения материалов со специальными свойствами и может найти применение в станкоинструментальной промышленности

Изобретение относится к плазменным технологиям нанесения пленочных покрытий и предназначено для очистки плазменного потока дуговых ускорителей от микрокапельной фракции

Изобретение относится к радиационному материаловедению и предназначено для улучшения электрофизических, химических и механических свойств поверхности изделий из различных материалов

Изобретение относится к методам модификации поверхностных слоев материалов, в частности к способам формирования поверхностных сплавов с помощью концентрированных потоков энергии (КВЭ)

Изобретение относится к изготовлению деталей газотурбинных двигателей, преимущественно авиационных, и может быть использовано для образования теплозащитных покрытий на деталях горячего тракта турбины

Изобретение относится к неметаллической поверхностной обработке деталей из сплавов титана, используемых в машиностроении, авиадвигателестроении, судостроении и т

Изобретение относится к способам модификации поверхности деталей из титановых сплавов путем ионного легирования с последующей термообработкой и может быть использовано при изготовлении изделий в машиностроительной, авиационной и других отраслях промышленности, которые эксплуатируются при высоких нагрузках и температурах

Изобретение относится к устройствам получения интенсивных ионных пучков и может быть использовано в установках имплантационной металлургии для увеличения глубины ионной имплантации (ИИ)

Изобретение относится к ионно-лучевым технологиям получения материалов с заданными свойствами, а именно к способу повышения износостойкости твердосплавного режущего инструмента
Наверх