СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ Советский патент 1996 года по МПК C23C14/32 

Изобретение относится к ионно-плазменной технологии нанесения износостойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для упрочнения поверхности ответственных деталей машин и металлорежущего инструмента.

Цель изобретения повышение качества покрытия в пониженном диапазоне температуры поверхности изделий.

На чертеже приведена циклограмма осуществления способа с обозначениями:
1 температура поверхности изделия при 3-х циклах нанесения покрытия;
2 то же при 5-и циклах;
3 температура поверхности изделия при нанесении покрытия по известному способу-прототипу.

Заштрихованные поверхности в цикле соответствуют:
I нагрев поверхности до 500^оС;
II формирование покрытия при снижении температуры поверхности при 3-х циклах 430^оС;
при 5-и циклах 470^оС;
III охлаждение поверхности изделия (подстуживание) до температуры не ниже 250^оС.

Для нанесения покрытия изделие предварительно обезжиривают и устанавливают в вакуумную камеру, например, типа "Булат", в которой создают вакуум порядка 1.5 10^-3 Тор. К изделию прикладывают высокий отрицательный потенциал и в результате возникающего электродугового разряда ионы металла катода ускоряются в электрическом поле, приобретая энергию порядка 1000 эВ, достаточную для выбивания с поверхности изделия атомов поверхностного слоя и очистки поверхности с разогревом ее до температуры 450-500^оС. После достижения заданной температуры потенциал на изделии снижают и производят нанесение покрытия введением в вакуумную камеру газа-реагента-азота, формирование покрытия осуществляют в интервале температуры поверхности 430-470^оС. После чего подачу газа-реагента прекращают и продолжают дальнейшее охлаждение изделия до температуры 250^оС.

Затем потенциал на катоде повышают и процесс повторяют в том же режиме. В зависимости от массы изделия и защищаемой поверхности число циклов нанесения покрытия повторяют 3-5 раз (см. таблицу).

Приведенные в формуле изобретения диапазоны изменения температурных режимов нанесения покрытия являются оптимальными для достижения цели изобретения. Предлагаемый способ нанесения покрытия целесообразно применять для металлов с низкой температурой отпуска, для которых верхний предел нагрева ограничен температурой, например, 450^оС.

Поэтому разогрев температуры поверхности изделия выше 500^оС может привести к отпуску металла и ухудшению механических свойств, а нагрев до температуры ниже 450^оС ухудшает условия конденсации материала покрытия на поверхность изделия, что ухудшает его адгезию, а процесс конденсации в каждом цикле, в результате которого формируется очередной слой покрытия, осуществляют при снижении температуры до значений, определяемых температурой нагрева поверхности, т.е. до 430-470^оС.

Диапазон температур, при которых осуществляют формирование покрытия при снижении температуры после разогрева и ионной бомбардировки, в наибольшей степени способствует повышению качества покрытия, так как покрытие наносится при достаточно высокой температуре, не ниже 430-470^оС, и в то же время это покрытие возможно для металлов с низкой температурой отпуска, когда разогрев поверхности выше, например, 500^оС, недопустим.

Последующее охлаждение поверхности изделия вместе с очередным слоем (подстуживание) до температуры не ниже 250^оС определено, с одной стороны, необходимостью снятия внутренних напряжений (для подготовки поверхности для нанесения последующего слоя покрытия), с другой стороны, снижение температуры ниже 250^оС нерационально с точки зрения энергетических затрат.

В заявленном способе требуемое качество покрытия получают при нанесении не менее, чем 3-х слоев покрытия, т.к. при меньшем количестве имеет место отслаивание. Увеличение количества циклов более 5 нецелесообразно, т.к. существенно увеличивается время нанесения покрытия.

Технико-экономическая эффективность использования предложенного способа обусловлена высоким качеством нанесенного износостойкого покрытия на изделия, изготовленные из металла с низкой температурой отпуска, и простотой осуществления способа.

Изобретение используется в машиностроении для упрочнения поверхности ответственных деталей машин и металлорежущего инструмента путем нанесения на рабочие поверхности износостойкого покрытия. Сущностью способа нанесения износостойких покрытий является то, что нанесение покрытия осуществляют циклами, в каждом цикле разогревают поверхность до 450 - 500^oС и формируют покрытие в диапазоне температуры не ниже 250^oС. Число циклов нанесения покрытия повторяют 3 - 5 раз. 1 табл. 1 ил.

1. Способ нанесения износостойких ионно-плазменных покрытий, например, нитридом титана путем конденсации вещества в вакууме в пониженном диапазоне температур, включающий очистку поверхности изделия с разогревом ее ионной бомбардировкой, формирование на очищенной поверхности износостойкого покрытия путем синтезирования плазмы металла катода с газом-реагентом с последующим охлаждением поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытия, нанесение его осуществляют циклами, в каждом цикле разогревают поверхность до 450 500^oС и формируют покрытие при снижении температуры не ниже 430^o с последующим охлаждением изделия до температуры не ниже 250^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число циклов нанесения покрытия повторяют 3 5 раз.