Способ химико-термической обработки металлов и сплавов Советский патент 1990 года по МПК C23C8/36 

Изобретение относится к металлургии, -я именно к химико-термической обработке в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей мапин.

Цель изобретения - интенсификация процесса диффузионного насыщения и снижение температуры обрабатываемого изделия.

Способ осуществляют следующим образом.

Обрабатываемое изделие в качестве катода в анодной схеме помещают в реакционную камеру, которую посае вакуумной откачки заполняют до давления 10-800 Па газовой смесью, содержащей химический элемент, используемый для насыщения приповерхностного слоя обрабатываемого изделия Включают высокое напряжение, зажигают газовый разряд, выводят его в ре- tvriM аномального тлеющего. Затем аномальный тлеющий разряд повышением напряжения на электродах периодически переводят в импульсную автоэлектронную электрическую дугу низкого давле-. ния с холодным катодом и продолжительностью импульса, обеспечивающей обработку изделия без эрозии его поверхности.

СП

оо

Јь

О

со to

Перевод оптимального тлеющего разряда в импульсную электрическую дугу низкого давления сопровождается возникновением в прикатодной области ярко светящихся, быстро перемещающихся пятен, плотность тока в которых превышает 105 А/см2. Концентрация нейтральных и заряженных частиц в катодных пятнах значительно больие, чем в поло жительном столбе, что приводит к существенному ускорению процесса насы- щения поверхности изделия необходимым элементом.

Известно, что процесс миграции атомов в металлах и сплавах в условиях ионной бомбардировки в тлеющем разряде сопровождается ускоренным проникновением атомов с поверхности вглубь, причем роль температуры здесь неод- позначна.

Установлено, что ускоренное проникновение атомов имеет место при температурах от 120°С вплоть до комнатных, что свидетельствует в пользу того, что процессу миграции атомов присущ атермический эффект.

Воздействие дуги приводит к возникновению на поверхности тепловых пиков, которые являются источниками гиперзвуковых волн, приводящих к возникновению в объеме облучаемого материала упругих напряжений, достигающих на глубинах в десятки и сотни микрометров значений -.10 Па и приводящих к генерации окружающими дислокации примесно-дефектными комплексами избыточных вакансий, необходимых для протекания процесса миграции.

Пример. С помощью предлагаемо го способа проводят азотирование стали 4ХЗВМФ, алитирование никеля и си- лицирование молибдена. Обработке подвергают образцы диаметром 30 и высото 10 мм, которые помещают в реакционную камеру для химико-термической обработки в тлеющем разряде. Камеру откачивают до вакуума 0,1 Па и заполняют до давления 135 Па очищенным азотом или смесью SiCl 1 и AlCl с водородом в сочетании 1:3. Включают источник высокого напряжения, зажигают газовый разряд и выводят его в режим аномального тлеющего, при котором обрабатываемые образцы полностью покрывались тлеющим свечением. При этом напряжение между анодом и катодом (образец)

800 В, а ток разряда 10 мА/см. Посл обработки в аномальном тлеющем разряде в течение 30-50 с путем увеличения напряжения, приложенного к разрядному промежутку, до 3200 В тлеющий разряд переводят в импульсную электрическую дугу низкого давления с длительностью импульса 10-15 мс. Операции обработки в аномальном тлеющем разряде и импульсной электрической дуге низкого давления повторяют последовательно и многократно. Проводят азотирование стали АХЗВМФ (табл. 1), алитирование никеля .(табл.2) и силицирование молибдена (табл.З) по известному и предлагаемому способам.

Результаты проведенных испытаний приведены в табл.1-3.

Таким образом, как видно из табл.1-3, предлагаемый способ химико термической обработки по сравнению с известным позволяет в 4-4,5 раза уменьшить время, необходимое для получения на поверхности изделия слоя, обладающего аналогичной микротвердостью, а также в 4-5 раз уменьшить температуру обработки, что позволяет уменьшить энергетические затраты на обработку.

Формула изобретения

1,Способ химико-термической обработки металлов и сплавов, включающий возбуждение имеющего разряда между катодом-изделием и анодом, последующий нагрев до рабочей температуры и выдержку обрабатываемого изделия

в газовой плазме тлеющего разряда, содержащей легирующий элемент, при 10-800 Па; о тличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса диффузионного насыщения и снижения температуры обрабатываемого изделия, в процессе выдержки между изделием и анодом периодически возбуждают импульсный автоэлектронный дуговой разряд.

2.Способ по п. отличающийся тем, что, с целью предотвращения эрозии поверхности обрабатываемого изделия, дуговой разряд возбуждают через 30-50 с при продолжительности импульса 10-15 м/с.

Таблица 1

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин. Цель изобретения - интенсификация процесса диффузионного насыщения и снижение температуры обрабатываемого изделия. Способ химико-термической обработки металлов и сплавов включает возбуждение тлеющего разряда между катодом-изделием и анодом, последующий нагрев до рабочей температуры и выдержку обрабатываемого изделия в газовой плазме тлеющего разряда, содержащей легирующий элемент, при 10-800 Па, при этом в процессе выдержки между изделием и анодом периодически через 30-50 с возбуждают импульсный автоэлектронный дуговой разряд с длительностью импульса 10-15 мс. Использование данного способа позволяет в 4-4,5 раза уменьшить время обработки до получения толщины и микротвердости диффузионного слоя, достигаемых в известном способе, снизив при этом в 4-5 раз температуру обработки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Таблица2

ТаблицаЗ