Способ нанесения тонкопленочного покрытия на металлические изделия

Авторы патента:

C23C8/38 - обработка стальных поверхностей

Владельцы патента RU 2354743:

ООО "НПФ "Плазмацентр" (RU)

Изобретение относится к способу нанесения тонкопленочного покрытия на металлические изделия и может найти применение при изготовлении режущего инструмента, изделий триботехнического назначения, высоко нагруженных деталей машин и механизмов. Покрытие наносят путем перемещения струи низкотемпературной плазмы, содержащей углерод, кремний, водород, азот, кислород и аргон, вдоль поверхности изделия. Изделия предварительно подогревают до температуры 50-100°С. Перемещение струи низкотемпературной плазмы осуществляют со скоростью 3-150 мм/с. Общее время нанесения покрытия назначают в зависимости от площади обрабатываемой поверхности и толщины покрытия. За счет нанесения тонкопленочного износостойкого покрытия задаваемой толщины с высокой адгезией к основе достигается значительное увеличение эксплуатационной стойкости изделий с повышенной воспроизводимостью. 4 табл.

Изобретение относится к способам повышения долговечности и работоспособности различных металлических изделий - режущего инструмента, деталей технологической оснастки (для холодной и горячей обработки давлением, литейной оснастки, измерительного инструмента), изделий триботехнического назначения (подшипников качения, шестерен), высоконагруженных деталей машин и механизмов и др. за счет нанесения на их рабочие поверхности тонкопленочного износостойкого покрытия и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Повышение эффективности и ресурса работы различных металлических изделий в значительной степени зависит от физико-механических свойств поверхности, в том числе от твердости, остаточных напряжений, параметров шероховатости. Известна технология финишного плазменного упрочнения, при которой на поверхность изделий наносится тонкопленочное упрочняющее кремнийуглеродосодержащее покрытие [Соснин Н.А., Тополянский П.А., Вичик Б.Л. Плазменные покрытия (технология и оборудование). - СПб.: Изд-во О-во «Знание» России, 1992. - 28 с.]. При этом отсутствуют сведения об оптимальных параметрах плазменной струи, режимах и условиях стабильного нанесения качественного тонкопленочного упрочняющего покрытия, позволяющего повышать эксплуатационную стойкость изделий.

Исследованиями последних лет эта технология существенно усовершенствована. Установлено, что для нанесения тонкопленочного упрочняющего покрытия с высокими адгезионными свойствами возможно снижение термического воздействия плазменной струи на поверхность металла обрабатываемых изделий. При этом одновременно показана возможность значительного повышения работоспособности и эксплуатационной стойкости изделий с нанесенным покрытием минимальной толщины - менее 2 мкм.

Известна технология химико-термической обработки изделий из твердого сплава [авт. св-во №1793004, МКИ С23С 8/36, B22F 3/24, опубликовано 1993.02.07], в которой нагрев ведут струей низкотемпературной аргоновой плазмы следующего состава, мас.%: азот 0,09-0,15; углерод 0,09-0,15; кремний 0,16-0,30; водород 0,04-3,00; аргон остальное, а струю перемещают вдоль поверхности изделия со скоростью 4-5 мм/с.

Недостатком этого способа является низкая воспроизводимость эффекта повышения эксплуатационной стойкости из-за различной толщины упрочненного слоя поверхности металла, связанной с нерегламентированными режимами насыщения поверхности легирующими элементами и неконтролируемым по времени нагревом изделий плазменной струей в процессе обработки.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ химико-термической обработки изделий из твердого сплава и стали [патент РФ №2231573, МКИ С23С 8/38, опубл. 2004.02.20], при котором нагрев ведут струей низкотемпературной аргоновой плазмы, содержащей углерод, кремний, водород и аргон, которую перемещают вдоль поверхности изделия, отличающийся тем, что используют низкотемпературную аргоновую плазму следующего состава, мас.%: углерод 0,06-0,20; водород 0,04-3,50; кремний 0,16-0,80; азот или кислород 0,01-0,07; аргон остальное, а струю перемещают со скоростью 1-15 мм/с.

Для осуществления способа по патенту РФ №2231573 используется модернизированный дуговой плазмотрон установки УПНС-304М отечественного производства с дополнительным блоком жидкостного питателя. В качестве рабочих реагентов жидкостного питателя используется кремнийорганический полимер типа полиорганосилоксан (полиорганосилазан).

Эксплуатационная стойкость изделий после такой обработки увеличивается, однако эффект повышения стойкости незначителен и нестабилен. Это связано с тем, что время обработки поверхности плазменной струей не конкретизировано, что может привести к образованию наносимого покрытия неоптимальной толщины, возможной его дефектности и неравномерности по толщине, а также создает условия для разупрочняющего отпуска поверхностных слоев закаленных сталей. Последнему способствуют и относительно низкие скорости перемещения плазменной струи вдоль поверхности изделия. Все это не позволяет не только получать стабильное повышение эксплуатационной стойкости обработанных изделий, но для ряда изделий вообще исключает применение данной технологии, например для беззазорных штампов (из-за неопределенной толщины наносимого покрытия).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является значительное и стабильное увеличение эксплуатационной стойкости различной номенклатуры изделий за счет нанесения тонкопленочного покрытия оптимальной толщины.

Поставленная задача решается тем, что в способе нанесения тонкопленочного покрытия на металлические изделия, включающем обработку струей низкотемпературной аргоновой плазмы, содержащей углерод, водород, кремний, азот, кислород и аргон, а струю перемещают вдоль поверхности изделия, зону предстоящей обработки предварительно подогревают до температуры 50-100°С, струю перемещают со скоростью 3-150 мм/с, а общее время нанесения покрытия назначают из соотношения

t=K·s·f,

где t - общее время нанесения покрытия в секундах (без учета времени промежуточных охлаждении изделия); К - коэффициент, равный 0,25…0,5; s - площадь обрабатываемой поверхности в мм²; f - задаваемая толщина покрытия в микрометрах.

Реализацию технологического решения осуществляют с помощью специализированной установки УФПУ-111 отечественного производства, включающей в себя: источник тока; плазмотрон ПС-3-01; плазмохимический генератор НПХ-3-01; блок аппаратуры (содержащий жидкостный питатель с реагентами упрочнения, устройство поджига дуги, электрические, газовые и водяные коммуникации и органы управления). В качестве реагентов для нанесения покрытия используется двухкомпонентный технологический препарат СЕТОЛ, содержащий в своем составе кремнийорганический полимер типа полиорганосилоксан (полиорганосилазан).

Предварительный подогрев поверхности изделия до температуры 50-100°С создает условия образования в воздушной атмосфере на поверхности сталей и сплавов тонкой и плотной оксидной пленки толщиной порядка 0,025-0,030 мкм. Образуемая на поверхности металла в результате предварительного подогрева до температуры 50-100°С оксидная пленка оптимальной толщины значительно повышает адгезионную прочность сцепления с наносимым тонкопленочным покрытием за счет увеличения развитости и дефектности поверхности основы и химического взаимодействия с материалом покрытия. Более высокие температуры (выше 100°С) способствуют образованию на поверхности металла толстой и более рыхлой оксидной пленки, не дающей необходимого эффекта увеличения прочности сцепления покрытия с основой. Дополнительным важным результатом предварительного подогрева является обезвоживание поверхности изделия (испарение водного конденсата), что также способствует увеличению адгезии наносимого покрытия.

Повышение долговечности различных изделий напрямую связано с толщиной наносимого износостойкого покрытия. Покрытие толщиной более 3 мкм ухудшает параметры шероховатости поверхности по сравнению с исходной шероховатостью, имеет низкую теплопроводность по сравнению с основой металла, а также повышенную склонность к образованию микротрещин. Натурные испытания показали, что в большинстве случаев покрытие даже минимальной толщины порядка 0,5 мкм и менее обеспечивает существенное повышение эксплуатационной стойкости изделий (на сотни %). Это связано с тем, что покрытие благодаря своей высокой твердости, химической инертности, низкому коэффициенту трения и значительному электросопротивлению (10⁶Ом·м) образует пленочный барьер, препятствующий схватыванию контактируемых поверхностей. Кроме того, покрытие обладает достаточной коррозионной стойкостью и жаростойкостью (до 1000°С). Возможность нанесения покрытия минимальной толщины расширяет номенклатуру упрочняемых изделий, включая беззазорные штампы, высокоточный инструмент, калибры и т.д., а реализация самого процесса позволяет повысить производительность нанесения покрытия.

В ряде случаев, например, при нанесении покрытия на рабочие поверхности литьевых форм необходимо иметь повышенную толщину покрытия (до 2 мкм). Выбор параметров режима нанесения такого покрытия может быть получен с помощью расчета по вышеприведенному соотношению.

При назначении общего времени нанесения покрытия из соотношения t=К·s·f, реальная толщина покрытия f_п по отношению к заданной толщине f имеет максимально возможное отличие по абсолютной величине |(f_п-f)·100%/f| не более 50%, что, как показали эксплуатационные испытания, вполне допустимо.

Проведенными исследованиями установлено, что скорость охлаждения наносимого покрытия составляет порядка (10¹⁰…10¹²) К/с. При таких скоростях охлаждения покрытие затвердевает в аморфном состоянии. Микротвердость получаемого тонкопленочного покрытия, корректно измеренная при нагрузке на индентор 0,5 гс, имеет значение порядка 52 ГПа, что значительно выше, чем при технологиях, отличных от предлагаемого способа.

Важным условием нанесения качественного тонкопленочного покрытия является перемещение плазмотрона на скоростях, больших 3 мм/с с обеспечением многоциклового процесса нанесения упрочняющего покрытия (как правило, с промежуточными охлаждениями изделия). При циклическом нанесении тонкопленочного покрытия для одинакового общего времени обработки большая микротвердость композиции покрытие-подложка наблюдается для более короткого времени единичного цикла, уменьшающего разогрев основы, что соответствует повышенным скоростям перемещения плазменной струи - от 3 до 150 мм/с. Превышение верхней границы скорости ведет к негативным газодинамическим процессам взаимодействия плазменной струи с обрабатываемой поверхностью.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Матрицы и пуансоны вырубного штампа 1709.5110-П30 из стали X12M обрабатывали струей низкотемпературной аргоновой плазмы, содержащей углерод, кремний, водород, азот, кислород и аргон при условиях и параметрах режимов нанесения тонкопленочного упрочняющего покрытия, указанных в предлагаемом изобретении. Данное технологическое решение реализовывали с помощью установки УФПУ-111 отечественного производства. Предварительный подогрев деталей штампов осуществляли в сушильном шкафу до температур 50, 75 и 100°С. Рабочие параметры процесса: ток дуги - 100 А, расход плазмообразующего аргона - 1,5-2,0 л/мин, расход транспортирующего аргона - 0,9-1,2 л/мин, расход защитного аргона - 1,5-2,5 л/мин; дистанция между плазмохимическим генератором и обрабатываемой поверхностью - 10-20 мм. Скорость перемещения плазмотрона вдоль обрабатываемой поверхности 3,0; 76,5 и 150 мм/с. Общее время нанесения покрытия заданной толщиной 1 мкм составляло 752; 1128 и 1504 с. Режим обработки - многоцикловый.

В качестве реагентов для нанесения покрытия использовался двухкомпонентный технологический препарат СЕТОЛ, содержащий в своем составе кремнийорганический полимер типа полиорганосилоксан (полиорганосилазан).

Параметры нанесения покрытия: температура предварительного подогрева, общее время нанесения покрытия, скорость перемещения плазмотрона, соответствовали нижнему, среднему и верхнему уровням значений (табл.1).

Испытания на эксплуатационную стойкость вырубных штампов 1709.5110-П30 из стали Х12М проводились при штамповке деталей 017ДА8-667-437 из оцинкованной стали 08пс толщиной 0,55 мм. Эксплуатационная стойкость оценивалась по соотношению деталей, отштампованных упрочненными и неупрочненными штампами по качеству отштампованных деталей (отсутствие заусенцев). Результаты приведены в табл.1.

Таблица 1
Зависимость эксплуатационной стойкости штампов 1709.5110-П30 от режима нанесения упрочняющего тонкопленочного покрытия
Температура предварительного подогрева, °С	Задаваемая толщина покрытия f, мкм	Общее время нанесения покрытия t, с	Скорость перемещения плазмотрона, мм/с	Полученная толщина покрытия f_п, мкм	Коэффициент повышения стойкости К_ст
50	1,0	752	3,0	0,5	3,5
75	1,0	1128	76,5	0,9	4,4
100	1,0	1504	150	1,4	3,9

Пример 2. Вырубные штампы беззазорные 2ШБ11076 из стали Х12МФ обрабатывали струей низкотемпературной аргоновой плазмы, содержащей углерод, кремний, водород, азот, кислород и аргон при условиях и параметрах режимов нанесения тонкопленочного упрочняющего покрытия, указанных в предлагаемом изобретении. Данное технологическое решение реализовывали с помощью установки УФПУ-111 отечественного производства. Предварительный подогрев деталей штампов осуществляли в сушильном шкафу до температур 50, 75 и 100°С. Рабочие параметры процесса: ток дуги - 100 А, расход плазмообразующего аргона - 1,5-2,0 л/мин, расход транспортирующего аргона - 0,9-1,2 л/мин, расход защитного аргона - 1,5-2,5 л/мин; дистанция между плазмохимическим генератором и обрабатываемой поверхностью - 10-20 мм. Скорость перемещения плазмотрона вдоль обрабатываемой поверхности 3,0; 76,5 и 150 мм/с. Общее время нанесения покрытия заданной толщиной 0,5 мм составляло 408; 612 и 816 с. Режим обработки - многоцикловый.

Параметры нанесения покрытия: температура предварительного подогрева, общее время нанесения покрытия, скорость перемещения плазмотрона соответствовали нижнему, среднему и верхнему уровням значений (табл.2).

Испытания на эксплуатационную стойкость вырубных беззазорных штампов 2ШБ11076 из стали Х12МФ проводились при штамповке деталей из стали 65Г толщиной 0,8 мкм. Эксплуатационная стойкость оценивалась по соотношению деталей, отштампованных упрочненными и неупрочненными штампами по качеству отштампованных деталей (отсутствие заусенцев). Результаты приведены в табл.2.

Таблица 2
Зависимость эксплуатационной стойкости штампов 2ШБ11076 от режима нанесения упрочняющего тонкопленочного покрытия
Температура предварительного подогрева, °С	Задаваемая толщина покрытия f, мкм	Общее время нанесения покрытия t, c	Скорость перемещения плазмотрона, мм/с	Полученная толщина покрытия f_п, мкм	Коэффициент повышения стойкости К_ст
50	0,5	408	3,0	0,3	2,9
75	0,5	612	76,5	0,5	3,4
100	0,5	816	150	0,7	3,0

Пример 3. Литьевые формы 147-131 ЛТНМП-100 из стали 4Х5МФС обрабатывали струей низкотемпературной аргоновой плазмы, содержащей углерод, кремний, водород, азот, кислород и аргон при условиях и параметрах режимов нанесения тонкопленочного упрочняющего покрытия, указанных в предлагаемом изобретении. Данное технологическое решение реализовывали с помощью установки УФПУ-111 отечественного производства. Предварительный подогрев деталей штампов осуществляли в сушильном шкафу до температур 50, 75 и 100°С. Рабочие параметры процесса: ток дуги - 100 А, расход плазмообразующего аргона - 1,5-2,0 л/мин, расход транспортирующего аргона - 0,9-1,2 л/мин, расход защитного аргона - 1,5-2,5 л/мин; дистанция между плазмохимическим генератором и обрабатываемой поверхностью - 10-20 мм. Скорость перемещения плазмотрона вдоль обрабатываемой поверхности 3,0; 76,5 и 150 мм/с. Общее время нанесения покрытия заданной толщиной 2 мкм составляло 6280; 9420 и 12560 с. Режим обработки - многоцикловый.

Испытания на эксплуатационную стойкость литьевых форм 147-131 ЛТНМП-100 из стали 4Х5МФС проводились при отливке кольца 124 из сплава латуни ЛЦ16К4. Стойкость оценивалась по соотношению деталей, отлитых в упрочненные и неупрочненные литьевые формы до появления сетки разгара. Результаты приведены в табл.3.

Таблица 3
Зависимость эксплуатационной стойкости литьевых форм 147-131 ЛТНМП-100 от режима нанесения упрочняющего тонкопленочного покрытия
Температура предварительного подогрева, °С	Задаваемая толщина покрытия f, мкм	Общее время нанесения покрытия t, c	Скорость перемещения плазмотрона, мм/с	Полученная толщина покрытия f_п, мкм	Коэффициент повышения стойкости К_ст
50	2,0	6280	3	1,7	13,1
75	2,0	9420	76,5	2,3	15,7
100	2,0	12560	150	3,0	14,4

Пример 4. Пластинки из твердого сплава ВК6 обрабатывали струей низкотемпературной аргоновой плазмы, содержащей углерод, кремний, водород, азот, кислород и аргон при условиях и параметрах режимов нанесения тонкопленочного упрочняющего покрытия, указанных в предлагаемом изобретении. Данное технологическое решение реализовывали с помощью установки УФПУ-111 отечественного производства. Предварительный подогрев деталей штампов осуществляли в сушильном шкафу до температур 50, 75 и 100°С. Рабочие параметры процесса: ток дуги - 100 А, расход плазмообразующего аргона - 1,5-2,0 л/мин, расход транспортирующего аргона - 0,9-1,2 л/мин, расход защитного аргона - 1,5-2,5 л/мин; дистанция между плазмохимическим генератором и обрабатываемой поверхностью - 10-20 мм. Скорость перемещения плазмотрона вдоль обрабатываемой поверхности 3,0; 76,5 и 150 мм/с. Общее время нанесения покрытия заданной толщиной 1,2 мкм составляло 58; 87 и 115 с. Режим обработки - многоцикловый.

Испытания на эксплуатационную стойкость пластинок из твердого сплава ВК6 проводились при обработке деталей из стали 25Л. Стойкость оценивалась по соотношению деталей, обработанных упрочненными и неупрочненными пластинками до появления критического износа граней пластинок. Результаты приведены в табл.4.

Таблица 4
Зависимость эксплуатационной стойкости от режима нанесения упрочняющего тонкопленочного покрытия
Температура предварительного подогрева, °С	Задаваемая толщина покрытия f, мкм	Общее время нанесения покрытия t, с	Скорость перемещения плазмотрона, мм/с	Полученная толщина покрытия f_п, мкм	Коэффициент повышения стойкости К_ст
50	1,2	58	3	0,5	3,0
75	1,2	87	76,5	1,1	3,4
100	1,2	115	150	1,6	3,2

Эффект от использования предлагаемого способа нанесения тонкопленочного покрытия на металлические изделия достигается за счет:

а) ограничения общего времени нанесения покрытия, связанного определенным соотношением с задаваемой толщиной наносимого тонкопленочного покрытия;

б) повышения адгезии наносимого тонкопленочного покрытия к основе, обусловленного предварительным подогревом изделия на воздухе до температуры 50-100°С и образованием на поверхности основы тонкой и плотной оксидной пленки, многократно повышающей адгезионную прочность сцепления наносимого покрытия с основой; повышенная адгезия покрытия к основе при нанесении покрытия способствует созданию в поверхностном слое металла сжимающих остаточных напряжений, повышающих эксплуатационную стойкость изделий с покрытием даже минимальной толщины порядка 0,5 мкм и менее;

в) увеличенной скорости перемещения плазменной струи вдоль поверхности изделия, что также исключает вероятность разупрочняющего отпуска.

В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкопленочное покрытие, обладающее оптимальным комплексом упрочняющих свойств: покрытие даже минимальной толщины - 0,5 мкм и менее, обеспечивает существенное повышение эксплуатационной стойкости (на сотни %), что определяется высокой микротвердостью получаемого покрытия (до 52 ГПа), повышенной адгезией к основе, химической инертностью, низким коэффициентом трения, диэлектрическими свойствами покрытия, которое образует пленочный барьер, препятствующий схватыванию контактируемых поверхностей. Кроме того, это покрытие обладает достаточной коррозионной стойкостью и жаростойкостью (до 1000°С). При условиях и параметрах режимов нанесения упрочняющего тонкопленочного покрытия, указанных в изобретении, обеспечивается получение в поверхностном слое металла толщиной до 10 мкм сжимающих остаточных напряжений, исключающих образование при эксплуатации микротрещин и уменьшающих склонность к усталостным разрушениям. Сжимающие напряжения возникают вследствие различия коэффициентов термического расширения и температуры материала подложки и покрытия и повышенной адгезии покрытия за счет образования прочных межмолекулярных и химических связей покрытия с основой, микрореологических процессов, связанных с заполнением впадин шероховатости, а также микротрещин и микропор подложки при формировании покрытия. Условия и параметры режимов нанесения упрочняющего тонкопленочного покрытия, указанные в изобретении, обеспечивают значительное и стабильное повышение эксплуатационной стойкости изделий с хорошей воспроизводимостью и расширение номенклатуры обрабатываемых изделий.

Способ нанесения тонкопленочного покрытия на металлические изделия, включающий перемещение струи низкотемпературной плазмы, содержащей углерод, кремний, водород, азот, кислород и аргон, вдоль поверхности изделия, отличающийся тем, что изделия предварительно подогревают до температуры 50-100°С, а перемещение струи низкотемпературной плазмы осуществляют со скоростью 3-150 мм/с, при этом общее время нанесения покрытия назначают в зависимости от площади обрабатываемой поверхности и толщины покрытия.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к ионному азотированию в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей сложной конфигурации, режущего инструмента и штамповой оснастки.

Способ химико-термической обработки изделий из твердого сплава и стали // 2231573

Изобретение относится к химико-термической обработке стального и твердосплавного инструмента и может найти применение в различных отраслях машиностроения, горной, строительной, металлообрабатывающей и станкостроительной промышленности.

Способ антифрикционной химико-термической обработки инструментальных сталей // 2152452

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно - к процессам нитроцементации инструментальных сталей в плазме тлеющего разряда.

Способ обработки, по меньшей мере, одной детали из магнитомягкого материала // 2145364

Изобретение относится к способу обработки, по меньшей мере, одной детали из магнитомягкого материала согласно ограничительной части п. .

Способ повышения износостойкости штампов из азотируемых сталей // 2144095

Изобретение относится к химико-термической обработке. .

Способ поверхностной обработки металлической подложки // 2086698

Плазмообразующий газ // 1601138

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для термической обработки сталей, преимущественно при плазменном упрочнении деталей машин и обрабатывающего инструмента.

Способ ионного азотирования деталей // 1570338

Способ азотирования металлических изделий // 1095673

Способ азотирования стальных изделий // 2362831

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к азотированию стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения машин

Способ термообработки конструктивного элемента из прокаливаемой жаростойкой стали и конструктивный элемент из прокаливаемой жаропрочной стали // 2366746

Изобретение относится к области термообработки

Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей // 2532777

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу комбинированной химико-термической обработки деталей машин. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей включает циклическую цементацию деталей и закалку. Перед циклической цементацией проводят предварительные термообработку и механообработку, включающие нормализацию при температуре 950°С, высокий отпуск при температуре 670°С, закалку от температуры 1010°С, высокий отпуск при температуре не менее 570°С и пластическую деформацию методом осадки при температуре не менее 700°С со степенью деформации 50…80%. Циклическую цементацию проводят с чередованием циклов насыщения и диффузионной выдержки, при этом осуществляют не менее 12 циклов продолжительностью не менее 30 минут. Количество циклов зависит от необходимой толщины диффузионного слоя, а соотношение времен насыщения и выдержки составляет от 0,1 до 0,2. После упомянутой цементации проводят высокий отпуск, закалку в масло, обработку холодом при температуре -70°С и трехкратный отпуск при 510°С. Затем осуществляют ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 480…500°С в течение не менее 10 часов при следующих параметрах: напряжение на катоде при катодном распылении - 900 В, в режиме насыщения - 400 В, плотность тока 0,20…0,23 мА/см2, состав газовой среды - азотоводородная смесь с 95% азота и 5% водорода, расход газовой смеси до 10 дм3/ч, давление в камере при катодном распылении - 13,3 гПа, при насыщении - 5…8 гПа. Обеспечивается повышение износостойкости приповерхностных слоев теплостойкой стали, формирующихся в результате цементации и азотирования, и увеличение долговечности узлов трения скольжения из материала с таким составом приповерхностного слоя. 1 пр.

Способ получения упрочненного сплава при помощи плазменного азотирования // 2569438

Изобретение относится к способу получения упрочненного сплава, имеющего металлическую основу, в объеме которой диспергированы наночастицы, из которых по меньшей мере 80% имеют средний размер от 0,5 нм до 50 нм. Указанные наночастицы содержат по меньшей мере один нитрид, выбранный из нитридов по меньшей мере одного элемента-металла М, выбранного из группы, содержащей Ti, Zr, Hf и Та. Способ включает следующие последовательные этапы, на которых a) осуществляют плазменное азотирование основного сплава при температуре от 200°C до 700°C для введения в него внедренного азота, причем указанный основной сплав содержит от 0,1% до 1% по весу элемента-металла М и выбран из аустенитного, ферритного, ферритно-мартенситного сплава или сплава на основе никеля, b) проводят диффундирование внедренного азота в указанном основном сплаве при температуре от 350°C до 650°C и c) осуществляют выделение нитрида при температуре от 600°C до 900°C в течение от 10 минут до 10 часов с образованием указанных наночастиц, диспергированных в упрочненном сплаве. Обеспечивается получение сплава, упрочненного частицами нитрида. 28 з.п. ф-лы, 1ил.

Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей // 2599950

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм. 2 пр.

Способ упрочнения поверхностей термообработанных стальных деталей // 2603932

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и ионному азотированию поверхностей стальных деталей. Способ упрочнения поверхности термообработанной стальной детали включает операцию электроэрозионного легирования и операцию ионного азотирования, причем операцию ионного азотирования осуществляют до или после операции электроэрозионного легирования в течение времени, достаточного для насыщения поверхностного слоя детали азотом на глубину зоны термического влияния для предотвращения снижения в ней твердости. Операцию электроэрозионного легирования выполняют графитовым электродом по меньшей мере в два этапа со снижением энергии разряда на каждом последующем этапе. Первый этап легирования графитовым электродом проводят с энергией разряда 0,1-6,4 Дж и производительностью 0,2-4,0 см2/мин, а второй этап легирования графитовым электродом проводят с энергией разряда 0,1-2,83 Дж и производительностью 0,2-2,0 см2/мин. Обеспечивается повышение производительности без увеличения шероховатости. 3 ил., 3 табл.

Устройство и способ азотирования листа из текстурированной электротехнической стали // 2614482

Изобретение относится к линии изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали и к способу изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали с использованием упомянутой линии. Предложенная линия содержит зону азотирования для азотирования упомянутой полосы, зону охлаждения для охлаждения упомянутой полосы и зону нагрева для нагрева упомянутой полосы, расположенную перед зоной азотирования. Зона азотирования содержит расположенные напротив полосы положительные электроды для формирования тлеющего разряда и расположенные между положительными электродами и полосой отрицательные электроды для формирования тлеющего разряда. Между положительными и отрицательными электродами генерируется тлеющий разряд с образованием плазмы для азотирования полосы. В частном случае упомянутая линия выполнена с внутренней частью зоны азотирования, разделенной по ширине полосы на зоны для обеспечения раздельного контроля азотирования внутри каждой из разделенных зон. Указанный способ изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали осуществляют с использованием упомянутой линии, в котором после холодной прокатки и перед вторичным рекристаллизационным отжигом проводят непрерывное плазменное азотирование в тлеющем разряде полосы из текстурированной электротехнической стали с использованием упомянутой линии. С высокой точностью обеспечивается контроль степени азотирования, снижается время, необходимое для обработки, и получают улучшенные магнитные свойства по всей полосе. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство и способ азотирования листа из текстурированной электротехнической стали // 2615752

Изобретение относится к линии изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали и к способу изготовления листа из указанной стали с использованием данной линии. Упомянутая линия содержит зону азотирования для азотирования листа, зону охлаждения для охлаждения листа и зону нагрева для нагрева листа, расположенную перед зоной азотирования. Зона азотирования снабжена электродами тлеющего разряда, причем в качестве отрицательного электрода используется лист, подвергаемый плазменному азотированию в тлеющем разряде, а в качестве положительных электродов электроды тлеющего разряда, расположенные в камере азотирования. В предложенной линии зона азотирования в направлении ширины листа разделена на зоны для обеспечения раздельного контроля азотирования внутри каждой из разделенных зон. С использованием данной линии осуществляют способ изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали, в котором после холодной прокатки и перед вторичным рекристаллизационным отжигом проводят непрерывное плазменное азотирование в тлеющем разряде листа из текстурированной электротехнической стали. Обеспечивается равномерное азотирование стального листа, снижается время, необходимое для обработки стального листа, при стабильном получении превосходных магнитных свойств по всей полосе. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле // 2625864

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из стали. Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле включает проведение вакуумного нагрева изделия в плазме азота повышенной плотности, которую создают в тороидальной области осциллирующих электронов, движущихся по циклоидальным замкнутым траекториям, образованным в скрещенных электрическом и магнитном полях. Перед ионным азотированием путем интенсивной пластической деформации кручением формируют ультрамелкозернистую структуру материала изделия, обеспечивающую процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом при азотировании. Обеспечивается повышение контактной долговечности и износостойкости за счет формирования ультрамелкозернистой структуры материала. 2 ил., 1 пр.

Способ восстановления частично удаленного упрочненного слоя стальных деталей // 2631436

Изобретение относится к способу восстановления частично удаленного упрочненного ионным азотированием слоя стальной детали. Проводят электроэрозионное легирование графитовым электродом (ЦЭЭЛ) с энергией разряда, при которой зона термического влияния при легировании не превышает толщины остатка поверхностного слоя стальной детали, упрочненного упомянутым ионным азотированием. В частных случаях осуществления изобретения после ЦЭЭЛ проводят безабразивную ультразвуковую финишную обработку (БУФО). ЦЭЭЛ осуществляют поэтапно со снижением на каждом последующем этапе энергии разряда. Стальную деталь восстанавливают в виде защитной втулки концевого уплотнения ротора. Обеспечивается качество поверхности стальных деталей, у которых в процессе изготовления или после сборки частично удаляется упрочненный поверхностный слой без демонтажа узла. 3 з.п. ф-лы, 22 ил., 2 табл.