Способ поверхностного легирования титана Советский патент 1986 года по МПК C23C14/34 

Изобретение относится к способам обработки поверхности титаиа и может быть использовано: для улучшения пассивного состояния отдельньпс деталей в химическом аппаратостроёнии. Известен способ повьщения 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 имплантации палладия с энергией 30-40 кэВ Доза палладия при этом составляет 1-10 -З-Ю ат.см-. Указанный способ не при всех режи мах 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 запассивиро ана.Если поверхность недостаточно запассивировэна,то титан растворяется в начальный момент с большой скоростью, т.е. время, соответствующее устойчивости пассивного состояния титана,.уменьшается. Целью изобретения является повьше ние 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 пе ред ионной имплантацией палладия в титан имплантируют кислород, причем кислород имплантируют с энергией 30-40 кэВ и дозой ат-см а палладий имплантируют с дозой 5-10 -5 Ю ат-см УСЛОВИЯ предварительной имплантации кислорода и последующей импланта ции палладия в титан при поверхностJHOM легировании титана предлагаемым способом установлены эксперименталь но. При энергиях имплантации кислоро да ниже 30 кэВ и дозах ниже 5 10 ат-см стойкость пассивного состояния лишь незначительно превос ходит стойкость титана, легированного только палладием. При энергиях имплантации кислорода вьше 40 кэВ и дозах вьщ1в 1 Ю ат- смпосле- дующая имплантация палладия может не обеспечить образования проводяще го поверхностного слоя, а отсутствие непосредственного контактапалладия с титановой основой нарушает принцип катодного легирования элек,троположительньми металлами. При повьш1ении 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 имплантиров анного палладия. Внедрение ионов кислорода и палладия в титановую мищень осуществляют с помощью ионного ускорителя ИЛУ-З. Для генерации ионов кислорода ис пользуют дуговой газовой источник с давлением 10 тор и вытягивающим напряжением 30-40 кэВ. Плотность тока по ионам кислорода составляет 1 мА/см. Для генерации ионов палладия используют дуговой ионный источник. В этом источнике металли- . ческий палладий загружают в графитовый тигель, который ввертывают в дно графитовой газоразрядной камеры. Газоразрядную камеру с тиглем нагревают пропусканием-через них постоянного тока (200 А). Мощность, затрачиваемая на нагрев до температуры « 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 мм рт.ст. Пример 1. В электрополированные 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. . .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 7ч. П РИМ ер 2. Проводят поверхностное легирование образцов титана, как в примере 1, но кислород имплантируют энергией 30 кэВ и дозой 10® ат-см , а палладий - энергией 40 кэВ и дозой 5 Ю ат. см . Результ

таты проведенных испытаний показали, что образцы активируются через 38 ч,

П р и м е р 3. Проводят поверхностное легирование образцов титана, как в примерах 1 и 2, но.кислород имплантируют; энергией 40 кэВ и дозой 510 , а палладий энергией 30 кэВ и дозой 5 10 ат. см Результаты проведенных испытаний показали, что образцы активируются через 28 -ч.

Исследование стойкости пассивного состояния образцов проводили в серной кислоте при ЮОс. 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 лепфованйя титана обеспечивает (по сравнению с существукщими способами, в том-числе принятым за прототип) следующие преимущества:

возможность повышения стойкости пассивного состояния титана при одинаковом содержании в нем палладия,

сокращение расхода дсфогостоящего палладия при той же пассивкруемости 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