Способ ультразвукового упрочнения изделий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ(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. 159-163.3992 , 2007.1026964 , 1983.2001/073112 .9199426 , 1997.(57) Способ ультразвукового 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 300-600 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 поверхности изделий в тлеющем разряде анод подвергают ультразвуковому воздействию с частотой 16-20 кГц и интенсивностью ультразвуковых колебаний 10-2-10 мВт/м 2 в течение 5-60 минут. 15544 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 ультразвуковой энергии происходит возрастание энергетического уровня материала упрочняемого изделия 1, 2. Данные способы имеют низкую производительность и значительные энергозатраты при осуществлении, так как необходимо подвергать ультразвуковой обработке изделие. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ, заключающийся в том, что упрочнение осуществляется посредством бомбардировки поверхности изделия положительно заряженными ионами в вакууме в тлеющем разряде, при котором изделие во время обработки нагревают до высоких температур 3. Данный способ, принятый за прототип, для осуществления процесса более высокого потенциала между катодом и анодом 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. Решение указанной задачи достигается тем, что, согласно изобретению, 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 300-600 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 поверхности изделий анод подвергают ультразвуковому воздействию с частотой 16-20 кГц и интенсивностью ультразвуковых колебаний 10-2-10 мВт/м 2 в течение 5-60 минут. Известно, что под воздействием ультразвуковой энергии происходит возрастание энергетического уровня материала. В лабораторной практике используют тлеющий разряд для катодного распыления металлов. Причина катодного распыления заключается в том,что каждый положительный ион при соударении с катодом и изделиями, контактирующими с катодом, передает свою энергию небольшой группе атомов катода и изделий, контактирующих с катодом. Кроме того, в тлеющем разряде поток ионов носит немоноэнергетический характер, не все ионы, исходящие из анода (электрода-излучателя) и расположенные в межкатодном пространстве, имеют энергию, достаточную для осуществления структурных изменений в материале упрочняемого изделия. Поэтому, подвергая анод (электродизлучатель) ультразвуковому воздействию в процессе обработки, можно значительно повысить начальную энергию ионов, исходящих из анода (электрода-излучателя), тем самым усилить действие эффекта Франка-Рида. Далее под действием катодного падения потенциала энергия ионов увеличивается. Тем самым можно сократить время обработки и снизить энергозатраты. Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема установки для осуществления способа. Анод 1 закреплен на концентраторе 13. Концентратор 13 закреплен на преобразователе 14, который 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. Преобразователь 14 подключен к ультразвуковому электрическому генератору 12. Высоковольтные провода 7 от катода 5 и анода 1 подключены к высоковольтному блоку 8 питания постоянного тока. Откачной пост 10 и агрегат форвакуумный 11 служат для откачки воздуха из вакуумной камеры 3. 2 15544 1 2012.02.28 Пример реализации способа. 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 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 300-600 мм, напряжение 0,5 кВ и плотность тока 0,005-0,3 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. Затем анод подвергают ультразвуковому воздействию с частотой 16-20 кГц и интенсивностью ультразвуковых колебаний 10-2-10 мВт/м 2 в течение 5-60 минут. После выдержки изделий 9 под действием тлеющего разряда снимают напряжение с анода 5 и катода 1. В результате воздействия катодного падения потенциала тлеющего разряда на изделия 9 и ультразвукового на анод 1 в два раза 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 в два раза с одновременным повышением износостойкости изделий из различных материалов на 30 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3