Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий

 

Использование: в вакуумно-плазменной технологии обработки изделий, в частности для упрочняющей поверхностной обработки инструмента и деталей машин посредством нанесения тонкопленочных покрытий. Сущность изобретения: способ комбинированной обработки включает погружение изделия в плазму, инициируемую электрическим разрядом, с последующей химико-термической обработкой. После химико-технологической обработки осуществляет обработку поверхности изделия направленным пучком ускоренных частиц, которые генерируются автономным ионным источником. Заключительной операцией является нанесение слоя покрытия на поверхность изделия. Данная последовательность операций позволяет повысить адгезионную связь покрытия с поверхностью изделия и, как следствие, повышает износостойкость изделий в целом.

Изобретение относится к вакуумно-плазменной технологии обработки изделий и может быть использовано для упрочняющей поверхностной обработки инструмента и деталей машин преимущественно посредством нанесения тонкопленочных покрытий.

Известен способ обработки изделий направленным пучком ускоренных частиц (ионов), генерируемых ионным источником [1].

Данный способ не обеспечивает существенного повышения износостойкости изделий, поскольку не образует эффективных износостойких структур.

Известен комбинированный способ ионно-плазменной обработки изделий, включающий погружение изделия в плазму, инициируемую электрическим разрядом, с последующей химико-термической обработкой (ХТО) [2].

Недостатком этого способа является недостаточно высокая износостойкость поверхности из-за образования хрупких пассивирующих фаз на поверхности изделия. При этом снижается не только износостойкость, но и происходит существенное снижение скорости насыщения поверхности, так как хрупкие фазы препятствуют эффективной диффузии вглубь поверхности. Кроме того, в случае последующего нанесения покрытия на диффузионный слой происходит отслоение покрытия.

Целью изобретения является повышение износостойкости изделий.

Цель достигается тем, что по способу комбинированной ионно-плазменной обработки изделий, включающему погружение изделий в плазму, инициируемую электрическим разрядом, с последующей ХТО, согласно изобретению после ХТО последовательно осуществляют обработку поверхности изделия направленным пучком ускоренных частиц, генерируемых автономным ионным источником, и нанесение слоя покрытия.

Сравнительный анализ показал, что предложенное техническое решение по сравнению с известными соответствует критериям охраноспособности, поскольку совокупность заявленных признаков, отраженная в формуле изобретения, не обнаружена в данной и смежной областях техники для решения поставленной задачи.

Достигаемый результат может быть реализован лишь всей совокупностью существенных признаков, так как он не является простым суммированием свойств отдельных признаков, поскольку не проявляется при использовании любого из них в отдельности в известных решениях.

Способ осуществляется следующим образом.

При обработке изделий в технологической вакуумной камере последние погружают в газовую плазму, инициируемую электрическим разрядом, после чего осуществляют ХТО изделий, включающую ионную очистку, нагрев и выдержку в заданном температурном режиме при воздействии на изделие заряженными частицами газовой плазмы, затем осуществляют обработку поверхности изделия направленным пучком ускоренных частиц, генерируемых автономным ионным источником, после чего осуществляют нанесение слоя покрытия.

Последовательное проведение вслед за операцией ХТО операции обработки изделия направленным пуском ускоренных частиц перед нанесением слоя покрытия обеспечивает частичное разрушение образующихся при ХТО в поверхностном слое хрупких пассивирующих фаз. Это существенно повышает износостойкость изделий вследствие того, что благоприятно воздействует на образование прочной адгезионной связи со слоем покрытия, наносимого после ХТО. Данный способ целесообразно применять для обработки изделий из стали и сплавов, работающих при высоких контактных нагрузках и/или температурах.

Пример реализации способа.

Проводилось два варианта комбинированной ионно-плазменной обработки режущих пластин из стали Р6М5 на модернизированной установке "Булат-6".

В первом варианте изделия устанавливались на держателе, расположенном на столе вращения установки "Булат-6". Очистка поверхности изделия проводилась ионами плазмы азота. Нагрев производился электронами плазмы двухступенчатого вакуумно-дугового разряда (ДВДР) при токе ДВДР 100А и напряжении 80 В. Температура прогрева пластин составляла 510^оС. Время изотермической выдержки - 20 мин, толщина азотированного слоя 10 мкм. После изотермической выдержки осуществляли нанесение слоя металлического покрытия электродуговым испарением материала катода. Нанесение покрытия толщиной 5 мкм из нитрида титана (TiN) осуществлялось при токе дуги 100А, опорном напряжении 150 В и давлении 3 ˙10^-3 мм рт.ст.

Во втором варианте аналогичные изделия обрабатывали по идентичным с первым вариантом технологическим параметрам. Однако после ХТО до начала операций нанесения покрытия поверхность изделий подвергалась обработке пучком ускоренных частиц, генерируемых посредством автономного ионного источника "Метель", встроенного в технологическую вакуумную камеру.

При проведении испытаний стойкость пластин, обработанных по второму варианту, была в 1,25 раза выше стойкости пластин, обрабатываемых по первому варианту. Кроме того, во всех пластинах, обработанных по второму варианту, при лабораторном исследовании не были обнаружены первичные признаки, предшествующие отслоению слоя покрытия в процессе возникновения высоких контактных нагрузок и/или высокой температуре.

Формула изобретения

СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ, включающий погружение изделия в плазму, инициируемую электрическим разрядом, с последующей химико-термической обработкой, отличающийся тем, что после химико-термической обработки последовательно осуществляют обработку поверхности изделия направленным пучком ускоренных частиц, генерируемых автономным источником, и нанесение слоя покрытия.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.06.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2003

Извещение опубликовано: 10.04.2003        

---