Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

 

Сущность изобретения: металлы и сплавы подвергают насыщению в тлеющем разряде постоянного тока путем выдержки в атмосфере, полученной пропусканием паров четыреххлористого углерода через засыпку из аморфного бора, нагретую до 500-900 С, причем температуру выбирают из соотношения: ,1 Т(°С)-45, ,1 Т(°С), где KB (Kc) - заданный атомный процент содержания бора (углерода) в получаемом слое. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 23 С 8/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О гг

b. Ü1!::

I (21) 4872788/02 (22) 08.10,90 (46) 07,01.93. Бюл. N. 1 (71) Московский автомобилестроительный институт (72) Ю.Н.Демин, В,Ф,Седлецкий, А.М.Рябышев, А.И.Николаев и Ю.Ю.Демина (56) Электронная техника; сер. Материалы.

1984. вып, 8, с. 13 — 16. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности к способам получения карбидных и боридных покрытий на металлах и сплавах.

Среди многообразия способов получения карбидных и боридных покрытий на металлах и сплавах наиболее перспективными являются способы осаждения из газовой фазы в тлеющем разряде (1. Высокотемпературная цементация в тлеющем разряде метановой плазмы. Grube Williom L., Gay

Jack G„Hite-rate carburizing in a glowdischarge methane plasma, "Metallurgical

Transactions", 1978, А9, N 10, 1421 — 1429; 2.

Ионное борирование. Wierzchon Т., Bogackl

J„Karpinskl Т. Jon boriding from the viewpoint of the appkied цазеоы medium. "Heat

Treatment Metals". 1983. 7, Ч 3, 65)..

Эти способы отличаются высокой технологичностью, высокой производительностью, возможностью получать покрытия с минимальным содержанием газовых примесей. Кроме того, при обработке в тлеющем разряде возможна предварительная ионная.... Ж, 1786182 А1 (57) Сущность изобретения: металлы и сплавы подвергают насыщению в тлеющем разряде постоянного тока путем выдержки в атмосфере, полученной пропусканием паров четы реххлористого углерода через засыпку из аморфного бора, нагретую до 500-900" С, причем температуру выбирают иэ соотношения: КВ=0,1 Т(0С)-45, Kc=95 — 0,1 Т(С), где

КВ (Кс) — заданный атомный процент содержания бора (углерода) в получаемом слое.

1 табл, очистка поверхности изделия от загрязне-

Однако в большинстве случаев при цементации в качестве углеродсодержащего газа используют метан, что требует высокой температуры процесса, а при борировании — смесь хлорида бора и водорода, что ведет. с к опасности насыщения поверхности изделия водородом, а также к вэрывоопасности, процесса. Эти факторы существенно сдер-. живают промышленное освоение данных способов обработки. 100

Более перспективным является способ )13 осаждения боридных и карбидных покрытий в тлеющем разряде с использованием четыреххлористого углерода — CCla (Демин

Ю.H. Использование карбидных и боридных слоев в качестве барьерных для замедления взаимной диффузии между тугоплавкими.металлами. Электронная техника, сер.: Материалы, 1984, вып, 8, с. 13-16 — прототип), В этом способе для формирования карбидных покрытий используют непосредственно пары CCI< которые

178б182 диссоциируют на углерод и хлор при температуре выше 500" С, Формирование же рабочей среды из хлоридов бора, необходимых для образования необходимых покрытий, ведут пропусканием паров 5

СС!4 через засыпку иэ аморфного бора. нагретую до температуры выше 900О С.

В этих условиях СС!4 полностью диссо циирует в зоне, где расположен бор, а также освободившийся хлор, взаимодействуя с 10 бором, образует хлорид последнего — ВС!з, термическая диссоциация которого на иэделии позволяет формировать боридные покрытия, Рассмотренный способ, однако, не по- 15 зволяет осаждать комплексные карбоборидные покрытия, содержание углерода и бора в которых можно было бы изменять в широких пределах.

Целью данного изобретения является 20 получение комплексных карбоборидных покрытий с заданной концентрацией углерода и бора, Поставленная цель достигается тем, что обработку поверхности в тлеющем разряде осуществляют в рабочей газовой 25 среде, содержащей одновременно хлориды углерода — СС!4 и бора — ВОз, причем данную среду получают пропусканием паров

СС!4 через засыпку из аморфного бора нагретую до температуры 500 — 900 С, В дэн- 30 ном интервале температуры СС!4 частично диссоциирует на углерод и хлор. Неразложившаяся часть CCl4 является поставщиком углерода в покрытие. Таким образом, изменение температуры питателя в указанном

"интервале, дает возможность изменять соотношение компонентов газовой среды (CCI4 и ВС!э), а, следовательно, и соотношение углерода и бора в покрытии.

Нижний предел температуры (500 С) обусловлен тем, что при более низкой температуре СС!4 не диссоциирует и полностью попадает в зону осаждения — формируется карбидное покрытие, Верхний же предел (900 С) обусловлен теи, что при более вы- 45 сокой температуре СС!4 полностью диссоциирует, не попадает в зону осаждения— формируется боридное покрытие.

Реализацию предлагаемого способа можно рассмотреть на следующем приме- 50 ре.

Пример. Проводили осаждение покрытий по предлагаемому сйособу на молибденовую подложку, Режимы осаждения; температура осаждения — 1100 С, напряжение горения разряда — 1300 В, плотность тока разряда — 20 mA/ñì, давление газовой среды в камере — 0,5 мм рт,ст„время осаждения — 1 ч, расход CC!4 — 3 г/ч. Температуру реактора с засыпкой из аморфного бора изменяли в интервале от 450 до 950 С. Полученные результаты приведены в таблице.

Фазовый состав слоя исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа (дифрактометр ДРОН-2,0; съемка с

Со-фильтром), э содержание бора и углерода в слое определяли методом спектрального анализа.

Полученные данные позволили дать количественную оценку содержания бора и углерода в Слоях при изменении температуры реактора с бором.

Концентрация бора в слое:

Кв(ат,%)=0,1 Т("С).— 45, в углерода:

Кс(ат, %)=95-0,1 Т(С).

Таким образом, применение предлагаемого способа дает возможность получать комплексные карбоборидные слои на металлах и сплавах с заданной концентрацией в них бора и углерода.

Такие покрытия необходимы для эмиссионной техники, в качестве диффузионных барьеров, в качестве материала электродинструментов для элетроискрового легирования и т.п.

Формула изобретения

Способ химико-термической обработки металлов и сплавов, включающий насыщение поверхности в тлеющем разряде постоянного тока путем выдержки в атмосфере, полученной пропусканием паров четыреххлористого углерода через нагретую засыпку из аморфного бора, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что, с целью получения слоя с заданной концентрацией углерода и бора, засыпку иэ аморфного бора нагревают до

500-900 С, причем температуру выбирают из соотношений

К8=0,1 Т(С) — 45;

Кс=95 — 0,1.Т(о С); где Кв, Ke — заданный атомный процент содержания бора (углерода) в получаемом слое.

1786182

Составитель Ю.Демин

Техред М. Моргентал

Корректор С.Патрушева

Редактор А,Рожкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 233 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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