Способ нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов — SU 1468017 (original) (raw)
Формула
1. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, включающий ионную очистку поверхности с последующим нанесением износостойкого покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения микротвердости и износостойкости изделия, очистку проводят облучением изделия ионным пучком с плотностью мощности более 7 
106 Вт/см2, а после нанесения покрытия изделие дополнительно облучают ионным пучком с плотностью мощности (0,3 - 6) 106 Вт/см2, причем длительность облучения до и после нанесения покрытия выбирают равной 60 - 100 нс.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное облучение изделий из металлов, легких сплавов и сталей проводят ионным пучком с плотностью мощности (0,2 - 2,5) 106 Вт/см2.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное облучение изделий из твердых сплавов проводят ионным пучком с плотностью мощности (2,5 - 6,0) 106 Вт/см2.
Описание
Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение для повышения износостойкости и микротвердости изделий, например режущего инструмента.
Целью изобретения является повышение микротвердости и износостойкости изделий.
Способ осуществляется следующим образом. Обрабатываемый образец помещают в специальный бокс ускорителя при техническом вакууме 10-4 торр и облучают мощным ионным пучком (МИП) с энергией Е = 250-400 кэВ, плотностью тока j 
60- -250 А/см2 длительностью 
= 75-80 нс. Такие параметры пучка соответствуют плотности мощности, превышающей 7х10 Вт/см2. Такая плотность достаточна для того, чтобы испарилась поверхность образца на глубину до 1 мкм. При испарении происходит очистка поверхности изделий от окалины, ржавчины, окислов и прочих загрязнений и на ней образуется шероховатость, достаточная для хорошей адгезии наносимого затем покрытия. Кроме того, в результате испарения слоя толщиной 0,1-0,5 мкм за очень короткое время (длительность импульса 80 нс) в образце возникает ударная волна с механическим давлением не менее 4х105 бар). Под воздействием этой волны в глубине образца происходит измельчение зерен, появление дислокаций и поверхностное упрочнение изделия.
Таким образом, операция ионной очистки поверхности ионным облучением упрочняет изделие под очищаемым слоем, улучшает его структуру и создает шероховатую поверхность. Значительно повышать плотность мощности над пороговой (7х106 Вт/см2) нецелесообразно, так как при этом увеличиваются энергетические затраты на обработку.
Следующая операция - нанесение износостойкого покрытия - может проводиться любым из известных методов, например, плазменным втиранием порошка, химическим осаждением.
После нанесения покрытия образцы вновь облучают МИП с минимальной плотностью мощности не менее 0,3х106 Вт/см2, с которой начинается ионное перемешивание в расплаве для сравнительно легкоплаких металлов сплавов и сталей при плотности мощности более 6х106 Вт/см2 начинается испарение изделия на глубину, соизмеримую с длиной пробега ионов даже тугоплавких твердых сплавов. Обработку металлов, легких сплавов и сталей целесообразно проводить в диапазоне плотности мощности (0,3 
106 - 2,5 106) Вт/см2, а твердых сплавов - (2,5 106 - 6 106) Вт/см2.
При этом на поверхности изделия происходит ионное перемешивание в расплаве глубиной приблизительно равной длине пробега ионов, а затем при прекращении облучения - охлаждение поверхностного слоя со скоростью более 108 К/с. В результате этого на поверхности изделия образуется слой стеклообразного материала с высокими износостойкими характеристиками. За ним следует слой с высокой плотностью дислокаций, меньшими размерами зерен и межфазных границ, чем у исходного (необлученного) сплава и металла. Данная модификация слоя металла или сплава простирается на глубину до 180 мкм.
Сорт ионов при обработке изделия в предлагаемых диапазонах плотности мощности не влияет на микротвердость и износостойкость изделия, т.к. концентрация внесенных примесей на 1-2 порядка меньше примесей покрытия и изделия.
П р и м е р. Изделия из твердых сплавов Т14 K8 и ВК-8, а также из быстрорежущей стали Р6М5 подвергают предварительному облучению ионами углерода на ускорителе "Тонус" при плотности мощности на изделии (7,1-8,0) 10 Вт/см2 в вакууме 10-4 мм рт.ст. Затем на облученную поверхность изделия наносят покрытие из B, N2C, TiC+NC толщиной 0,5-8 мкм. После нанесения покрытия изделие повторно облучают ионами углерода при плотности мощности (0,37-6,0) 106 Вт/см2.
Параметры ионного пучка углерода составляют: энергия 0,2-0,6 МэВ, длительность импульса - 60-100 нс, плотность тока 10-250 А/см2.
Износостойкость изделия определяют по износу режущей кромки, измерение микротвердости - на приборе ПМТ-3 с нагрузками 50, 25, 20 мг.
Результаты сравнительных испытаний изделий с покрытием, без покрытия и облученных ионным пучком приведены в таблице.
Сравнительные испытания показали, что для изделий из металлов и сплавов облучение изделия МИП перед нанесением износостойкого покрытия и после него позволяет повысить износостойкость по сравнению с необлученными изделиями с покрытием в 1,8-3,1 раза, а микротвердость - в 2,0 раза.
Изобретение относится к области машиностроения и служит для повышения микротвердости и износостойкости изделия. Образец облучают мощным ионным пучком с энергией E = (250 - 400) кэВ, плотностью тока j 160-250/A/cм2 и длительностью = (60-100) нс в вакууме 10-4 торр , что соответствует плотности мощности, превышающей 4 
106 Вт/см2 . На очищенный таким образом образец наносят износостойкое покрытие, например, плазменным методом, затем его вновь облучают мощным ионным пучком с плотностью мощности (0,3-6) 106 Вт/см2 в течение 60 - 100 нс. В случае использования для образцов металлов, легких сплавов и сталей плотность мощности составляет (0,3-2,5) 106 Вт/см2 , для твердых сплавов - (2,5-6,0) 106 Вт/см2 . 2 з.п. ф-лы. 1 табл.
Рисунки
Заявка
4145173/21, 14.08.1986
Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова
Исаков И. Ф, Калмыков В. Ф, Нестеренко В. П, Падалко В. Г, Погребняк А. Д, Плотников С. В, Ремнев Г. Е, Рузимов Ш. М, Русин Ю. Г, Симонов П. С, Чистяков С. А
МПК / Метки
МПК: C23C 14/48
Метки: изделия, металлов, нанесения, покрытий, сплавов
Опубликовано: 30.09.1994