Способ поверхностного легирования титана

 

1. СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ТИТАНА путем ионной имплантации палладия с энергией 30-40 кэВ, отлич ающийся тем, что, с целью повышения пассивационной стойкости титана при снижении расхода палладия, перед ионной имплантацией палладия в титан имплантируют кислород. 2.Способ по п. 1, о т л и чающийся тем, что кислород имплантируют с энергией 30-40 кэВ и дозой 5-10 -1-10 ат-см- . 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что пал§ ладий имплантируют с дозой 5-10 510 ат-см . 00 Од 00 1C

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„SU„„1086827 аю ф С 23 С 14/34

ГОСУДАРСТВЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, " :-:.

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3488597/18-21 (2 2) 23. 08. 82 (46) 15.04.86. Бюл. 11 14 (72) Н.Д. Томашов, Г.П. Чернова, О.А. Жильцова, А.Е. Городецкий, Д.Б. Богомолов, P.Õ. Залавутдинов, М.И. Гусева и Б.Г. Владимиров (53) 621 ° 793(088.8) (56) Томашов Н.Д. Катодное модифицирование поверхности металлов как метод повышения их пассивируемости и коррозионной стойкости;-Поверхность. Физика. Химия. Механика", 1982, В 2, с. 42-62.

Городецкий А.Е., Гусева М.И., Томашов Н.Д., Захаров А.В., Владимиров Б.Г., Богомолов Д.Б., .Залавутдннов Р.Х., Иванов С.М., . Федосеева Т.А., Чернова Г.П. Форми-. рование коррозионно-защитных слоев на титане методом ионной импланта- ции палладия.-"Поверхность. Физика.

Химий. Механика", 1982, В 3, с. 83-88. (54) (57) 1. СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО

ЛЕГИРОВАНИЯ ТИТАНА путем ионной имплантации палладия с энергией

30-40 кэВ, отличающийся . тем, что, с целью повышения пассивационной стойкости титана при снижении расхода палладия, перед ионной имплантацией палладия в титан имплантируют кислород.

2. Способ по п. 1, о:т л и — ч а ю шийся тем, что кислород имплантируют с энергией 30-40 кэВ и дозой 5.10 -1"10 ат см .

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся . тем, что пал- .д ладий нмплантнруют с дозой 5 10" — ®

5 10 ат см

1086827

Изобретение относится к .способам обработки поверхности титана и может быть использовано для улучшения пас- сивного состояния отдельных деталей в химическом аппаратостроении.

Известен способ повышения пассивационной стойкости титана путем объемного легирования его палладием. При этом расход дорогостоящего палладия достаточно высок.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является способ поверхностного .легирования титана путем полной имплан- тации палладия с энергией 30-40 кэВ.

Доза палладия при этом составляет

1 10 -5 10 ат см .

Указанный способ не при всех режимах.имплантации ионов палладия создает в поверхностном слое титана такое количество легирующего элемента, которое достаточно для того, чтобы в начальный момент воздействия активной среды поверхность титана была запассивирована. Если поверхность недостаточно запассивирована,то титан растворяется в начальный момент с большой скоростью, т.е. время, соответствующее устойчивости пассивного состояния титана,.уменьшается.

Целью изобретения является повышение пассивационной стойкости титана при снижении расхода палладия.

Указанная цель достигается тем, что в способе поверхностного легирования титана путем ионной имплантации палладия с энергией 30-40 кэВ перед ионной имплантацией палладия в титан имплантируют кислород, причем кислород имплантируют с энергией 40

30-40 кэВ и дозой 5 10" -1 10 ат.см а палладий имплантируют с дозой

5 10. -5 10 ат cM .

Условия предварительной имплантации кислорода и последующей импланта- 45 ции палладия в титан при поверхностном легировании титана предлагаемым способом установлены экспериментально. При энергиях имплантации кислорода ниже 30 кэВ и дозах ниже S0

5..10" ат.см стойкость пассивного состояния лишь незначительно превосходит стойкость титана, легированного только палладием. При энергиях имплантации кислорода выше 40 кэВ и дозах выше 1 10"8 ат см после— дующая имплантация палладия может не обеспечить образования проводяще2

ro поверхностного слоя, а отсутствие непосредственного контакта палладия с титановой основой нарушает принцип катодного легирования электроположительными металлами. При повышении дозы последующей имплантации палладия сводится на нет экономия его расхода.

Последовательность операций имплантации кислорода и палладия изменять, нецелесообразно, так как это может привести к нежелательному распылению имплантированного палладия.

Внедрение ионов кислорода и палладия в титановую мишень осуществляют с помощью ионного ускорителя ИЛУ-З.

Для генерации ионов кислорода используют дуговой газовой .источник

-з с давлением 10 тор и вытягивающим напряжением 30-40 кэВ. Ппотность тока по ионам кислорода составляет

1 мА/см . Для генерации ионов палладия используют дуговой ионный источник. В этом источнике металлический палладий загружают в графитовый тигель, который ввертывают в дно графитовой газоразрядной камеры.

Газоразряднув камеру с тиглем нагревают пропусканием через них постоянного тока (200 А). Мощность, затрачиваемая на нагрев до темпера- туры 1600 С, необходимой для зажигания разряда в парах палладия, составляет 1,2 кВт. Плотность тока ионов палладия на мишень составляет

20 мКА см, вакуум в системе

10 6 мм рт. ст.

Пример 1. В электрополирован-. ные образцы титана, имеющие форму дисков диаметром 12 мм и толщиной

1 мм, последовательно имплантируют ионы кислорода и палладия. Энергия. имплантации кислорода 40 кэВ, а доза 1 10" ат см ..Палладий имплантируют с той же энергией, но с дозой

10 ат см

Результаты испытаний показали, что полученные образцы растворяются из пассивного состояния и активируются через 32 ч, тогда как образцы, имплантированные только палладием, активируются через 7 ч.

Пример 2. Проводят поверхностное легирование образцов титана, как в примере 1, но кислород имплантируют энергией 30 кэВ и дозой

10"5ат см, а палладий — энергией

40 кэВ и дозой 5 10 6 ат. см . Резуль-.

1086827

Корректор E- Сирохман

Редактор О. Кузнецова Техред И.Попович

Заказ 1980/1 Тираж 878

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 таты проведенных испытаний показали, что образцы актнвируются через 38 ч»

Пример 3. Проводят поверхностное легирование образцов титана, как в примерах 1 и 2, но кисло- 5 род имплантируют энергией 40 кэВ и дозой 5 10 ат см, а палладий—

17 энергией 30 кзВ и дозой 5 10" ат см

Результаты проведенных испытаний показали, что образцы активируются t0 через 28 ч.

Исследование стойкости пассивного состояния образцов проводили в . 20X-..ной серной кислоте при 100 С.

Устойчивость пассивности образцов ,,.оценивалась временем до активации,, т.е. временем, через которое потенциал образца принимал значение, соответствующее активной области растворения титана.

Использование предлагаемого способа поверхностного легированмя титана обеспечивает (no сравнению с существующими способами, s том чис- ле принятым эа прототип) следующие преимущества: возможность повыиения.стойкости пассивного состояния титана при одинаковом содержании в нем палладин, сокращение. расхода дорогостояще- . го палладия при той же пассивируемости титана.