Способ поверхностного упрочнения изделий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский 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. 159-163.2058427 1, 1996.666741 , 1984.796247, 1981.2001/073112 .7048006 , 1995. АХРАЛОВИЧ Е.С. и др. Сборник научных работ студентов высших учебных заведений Республики Беларусь НИРС 2007. - Минск Издательский центр БГУ, 2008. - С. 80.(57) 1. Способ поверхностного упрочнения изделий, включающий обработку поверхности изделий в тлеющем разряде, отличающийся тем, что между анодом и катодом, расположенными на расстоянии 300-600 мм, создают напряжение 0,5-5 кВ и плотность тока 0,05-0,4 мА/см 2, во время обработки при неизменном расстоянии между анодом и катодом перемещают изделия из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение и обратно в течение 10-90 минут. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изделия перемещают из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение со скоростью в два раза выше, чем обратно. 15546 1 2012.02.28 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изделия перемещают из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение и обратно с одинаковой скоростью, но осуществляют задержку при прямом и обратном перемещении в катодном темном пространстве на время, равное половине времени прохождения пути из астонова темного пространства в катодное отрицательное тлеющее свечение. Изобретение относится к нанесению покрытий диодным распылением материала с помощью разряда и ионным внедрением и может использоваться в авиационной, приборостроительной, машиностроительной промышленности. Известные способы упрочнения заключаются в том, что под воздействием ионных пучков происходит возрастание энергетического уровня материала упрочняемого изделия,а также испарение материалов в микроскопических областях катода 1, 2. Данные способы имеют низкую производительность и значительные энергозатраты при осуществлении, так как необходимо длительное время выдерживать изделия в камере под действием ионных пучков для упрочнения обрабатываемых изделий. 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 тлеющего разряда 3. Данный способ, принятый за прототип, для осуществления процесса предполагает наличие более высокого потенциала и плотности тока между катодом и анодом, а также изделия подвергают нагреву до высоких температур. Задачей данного изобретения является снижение энергозатрат и сокращение времени упрочнения при одновременном повышении износостойкости в процессе эксплуатации упрочняемых изделий. Указанная задача достигается тем, что в способе поверхностного упрочнения изделий,включающем обработку поверхности изделий в тлеющем разряде, согласно изобретению,между анодом и катодом, расположенными на расстоянии 300-600 мм, создают напряжение 0,5-5 кВ и плотность тока 0,05-0,4 мА/см 2, во время обработки при неизменном расстоянии между анодом и катодом перемещают изделия из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение и обратно в течение 10-90 минут. Изделия перемещают из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение со скоростью в два раза выше, чем обратно. Изделия перемещают из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение и обратно с одинаковой скоростью, но осуществляют задержку при прямом и обратном перемещении в катодном темном пространстве на время, равное половине времени прохождения пути из астонова темного пространства в катодное отрицательное тлеющее свечение. Известно, что в лабораторной практике используют тлеющий разряд для катодного распыления материалов 2. Причина катодного распыления заключается в том, что каждый положительный ион при соударении с катодом и изделиями передает свою энергию небольшой группе атомов катода и изделий. Это приводит к сильному местному повышению температуры, возникающему в отдельных микроскопических областях катода и изделий, которое и приводит к испарению компонентов, входящих в состав катода и изделий. При этом ионный и электронный токи, имеющие разные знаки, в межэлектродном пространстве меняются в зависимости от положения изделий между катодом и анодом. Поэтому если менять положение упрочняемых изделий в межэлектродном пространстве,между катодом и анодом можно менять величину и силу как положительного ионного, так и отрицательного электронного токов, меняя при этом как потенциал, так и напряжен 2 15546 1 2012.02.28 ность поля, воздействующего на упрочняемое изделие. Кроме того, можно упрочняемое изделие подвергать большему воздействию сначала положительного ионного, а затем отрицательного электронного токов и наоборот. Таким образом, можно снизить затраты энергии и сократить время выдержки изделий под действием катодного падения потенциала самостоятельного тлеющего разряда. Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых схематично изображена установка для упрочнения. На фиг. 1 показан разрез по оси анод-катод с расположением упрочняемых изделий на устройстве для их перемещения в межэлектродном пространстве, на фиг. 2 представлено приводное устройство с платформами для перемещения изделий во время обработки. 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 диэлектрическом основании 6. На катоде 5 расположено приводное устройство 14 с основанием 15, приводом 13 и платформами 12 для перемещения упрочняемых изделий 9 из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение и обратно. Для создания разряжения в вакуумной камере 3 применяют откачной пост 10 и форвакуумный агрегат 11. Тлеющий разряд возбуждается между анодом 1 и катодом 5 посредством подачи напряжения от блока 8 питания через высоковольтные провода 7. Пример реализации способа. Перед началом процесса обработки на катод 5 устанавливается приводное устройство 14, на платформы 12 которого выкладываются изделия 9,подлежащие упрочнению. Закрывают вакуумную камеру 3 и включают откачной пост 10 для откачки воздуха из вакуумной камеры 3. После создания достаточного разряжения в вакуумной камере 3 включают агрегат форвакуумный 12 для создания необходимого разряжения в вакуумной камере 3 и через высоковольтные провода 7 от блока 8 питания подают напряжение на катод 5 и анод 1, тем самым зажигают тлеющий разряд. Под действием катодного падения потенциала тлеющего разряда в результате ионно-электронной и фотоэлектронной эмиссий происходит формирование характерной для него структуры. Включают привод 13 приводного устройства 14, и платформы 12 с изделиями 9 начинают перемещать из астонова темного пространства через катодное темное пространство в катодное отрицательное тлеющее свечение и обратно из катодного отрицательного тлеющего свечения через катодное темное пространство в астоново темное пространство. Под действием катодного падения потенциала тлеющего разряда в результате ионноэлектронной и фотоэлектронной эмиссий происходит испарение частиц из изделий 9 и заполнение вакансий в кристаллической решетке на поверхности изделий 9. Одновременно с этим происходят повышение энергетического потенциала поверхностного слоя и колебание кристаллической решетки, что приводит к упорядочению ее структуры и частичному изменению структуры с упрочнением поверхностного слоя изделий 9 вследствие торможения в нем поочередно в большей степени бомбардирующих ионов, а затем в большей степени электронов и наоборот. Это позволяет сократить время упрочнения изделий до 30 при одновременном нанесении (конденсировании) на изделия наноструктурированного слоя, сформированного из продуктов испарения из анода и катода, что повышает их износостойкость до 50 . После выдержки изделий 9 под действием тлеющего разряда отключают привод 13, снимают напряжение с анода 1 и катода 5, подают воздух в вакуумную камеру 3, а затем извлекают изделия 9. Источники информации 1. Погребяк А.Л., Решнев Р.Е. и др. Модификация свойств металлов под действием мощных ионных пучков // Известия вузов. Физика. -1. - 1987. - С. 52, 65. 2. Калашников С.Г. Электричество Учебн. пособие для вузов. - М., 1970. - С.410-414. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4