Способ упрочнения изделий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Логвин Владимир Александрович Логвина Екатерина Владимировна(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(56) ХОДЫРЕВ В.И. и др. Вестник Могилевского государственного технического университета. - 2002. -2 (3). С. 159-163.2055939 1, 1996.2154363 2, 2000.2147979 1, 2000.1182690 , 1985.1096765 , 1984.1083309 , 1984.2001073112 , 2001.11181573 , 1999.(57) Способ упрочнения изделий, заключающийся в том, что изделия располагают в вакуумной камере на катоде, осуществляют откачку воздуха из вакуумной камеры до разрежения 1,3-13,3 Па, создают между катодом и анодом, расположенными на расстоянии 300600 мм, напряжение 0,5 кВ и плотность тока 0,005-0,3 мА/см 2, постепенно повышают напряжение между катодом и анодом до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда, в процессе обработки поддерживают частоту 1-50 кГц высокочастотного инверторного источника тока с вектором Пойнтинга в пределах 25-1,5103 Вт/м 2 в течение 5-60 минут. 15395 1 2012.02.28 Изобретение относится к нанесению покрытий диодным распылением материала с помощью разряда и ионным внедрением и может использоваться в авиационной, приборостроительной, машиностроительной промышленности. Известны способы упрочнения, заключающиеся в том, что под воздействием высокочастотной энергии происходит возрастание энергетического уровня материала упрочняемого изделия 1, 2, 3. Данные способы имеют низкую производительность и значительные энергозатраты при осуществлении, так как необходимо подвергать высокочастотной обработке изделие. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ, заключающийся в том, что упрочнение осуществляется посредством изменения свойств поверхностного слоя вследствие торможения в нем бомбардирующих ионов в вакууме, в тлеющем разряде 4. Данный способ, принятый за прототип, для осуществления процесса предполагает наличие более высокого потенциала между катодом и анодом, нагрева изделий до высоких температур и большего времени выдержки изделий под действием потенциала. Задачей данного изобретения является снижение энергозатрат и сокращение времени упрочнения при одновременном повышении износостойкости в процессе эксплуатации. Указанная задача достигается тем, что в способе упрочнения изделий, согласно изобретению, изделия располагают в вакуумной камере на катоде, осуществляют откачку воздуха из вакуумной камеры до разрежения 1,313,3 Па, создают между катодом и анодом,расположенными на расстоянии 300600 мм, напряжение 0,5 кВ и плотность тока 0,0050,3 мА/см 2, постепенно повышают напряжение между катодом и анодом до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда, в процессе обработки поддерживают частоту 1-50 кГц высокочастотного инверторного источника тока с вектором Пойнтинга в пределах 25-1,5103 Вт/м 2 в течение 560 минут. Известно, что при высокочастотном изменении подаваемого постоянного тока происходит возрастание энергетического уровня материала. Кроме того, в тлеющем разряде поток ионов носит немоноэнергетический характер, не все ионы, исходящие из анода(электрода-излучателя), имеют энергию, достаточную для осуществления структурных изменений в материале упрочняемого изделия. Поэтому, подвергая анод и катод воздействию высокочастотного постоянного тока, в процессе обработки можно значительно повысить начальную энергию заряженных частиц, исходящих из анода и катода, тем самым усилить действие эффекта Франка-Рида по выходу ионов из анода и электронов из катода. Далее под действием катодного падения потенциала энергия ионов и электронов увеличивается. Тем самым повышается производительность, снижаются энергозатраты и время на обработку. Сущность изобретения поясняется фигурой. На фигуре представлена схема установки для осуществления способа. Анод 1 установлен в диэлектрическом стакане 2, закрепленном вверху вакуумной камеры 3 на корпусе 4. На противоположной стороне внизу вакуумной камеры 3 расположен катод 5 на диэлектрической прокладке 6. На катоде 5 выкладываются изделия 9,которые необходимо упрочнить. Высоковольтные провода 7 от катода 5 и анода 1 подключены к инвертору 8, который, в свою очередь, подключен к источнику напряжения 12,выполненному в виде источника инверторного высокочастотного постоянного тока. Откачной пост 10 и агрегат форвакуумный 11 служат для откачки воздуха из вакуумной камеры 3. Пример реализации способа. Обработку по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. Изделия 9 помещают в вакуумную камеру 3 и располагают на катоде 5, установленном на диэлектрическом основании 6 таким образом, чтобы поверхность, которую необходимо упрочнять, была обращена к аноду 1. Закрывают вакуумную камеру 3. Включают откачной пост 2 15395 1 2012.02.28 10 для откачки воздуха из вакуумной камеры 3. После создания достаточного разрежения в вакуумной камере 3 включают агрегат форвакуумный 11 для создания разрежения 1,3 13,3 Па, создают между катодом 5 и анодом 1, расположенными на расстоянии 300600 мм, напряжение 0,5 кВ и плотность тока 0,0050,3 мА/см 2, постепенно повышают напряжение между катодом 5 и анодом 1 до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда, тем самым зажигают тлеющий разряд. Благодаря вышеописанным действиям обеспечивается возникновение и устойчивое горение тлеющего разряда с формированием характерных для него структур при меньшем разрежении в вакуумной камере 3 и меньшем катодном падении потенциала, что, в свою очередь, снижает энергопотребление при работе установки. В процессе обработки поддерживают частоту 1-50 кГц источника инверторного высокочастотного постоянного тока с вектором Пойнтинга в пределах 251,5103 Вт/м 2 в течение 560 минут. После выдержки изделий 9 под действием пульсирующего тлеющего разряда снимают напряжение с анода 5 и катода 1. В результате воздействия катодного падения потенциала пульсирующего тлеющего разряда на изделия 9 до двух раз сокращается время выдержки изделий 9 для перераспределения внутренних напряжений при проведении упрочнения. Одновременно с перераспределением внутренних напряжений происходит насыщение поверхностного слоя изделий 9 ионами материала анода 1. После обработки подают воздух в вакуумную камеру 3 и извлекают изделия 9. Применение предлагаемого способа позволяет сократить энергозатраты при проведении обработки изделий до двух раз с одновременным повышением износостойкости изделий из различных материалов на 30 . Источники информации 1. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. - М. Машиностроение, 1980. С.41. 2. Кулемин А.В. Ультразвук и диффузия в металлах. - М. Металлургия, 1978. - С. 5-6. 3. Физический энциклопедический словарь / Под ред. Д.М.Алексеева, А.М.БончБруевича, А.С.Боровик-Романова и др. - М. Сов. энциклопедия, 1983. - С. 560. 4. Арзамасов Б.Н., Брострем В.А., Буше Н.А. и др. Конструкционные материалы Справочник. - М. Машиностроение, 1990. - С. 152-154 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3