Способ получения карбонитридных покрытий

Перед нанесением ПОКРЫТИЯ ОСУЩЕСТвакуумной технологи нанесения по крытий и может быть использовано для получения износостойких покрытий на режущем инструменте, технологической 5 оснастке и деталях машин и механизмов, работающих в условиях повышенного трения и износа.Целью изобретения является повы шение качества наносимых покрытий. 70 Сущность предлагаемого способа заключается в томчто испарение и ионизация наносимого металла осуществляется в катодных пятнах дугового 15разряда.деремещающихся по поверхности катода, изготовленного из распыляемых металлов 1 ЧЧ 1 групп (титан,цирконий, гафнии и др.). Вследствие высокой температуры (2273-5273 К) и скорости нагрева в катодных пятнах металл мгновенно испаряется И ионизи 20.руется, образующиеся ионы ускоряют ся И приобретают достаточно высокуюверхности изделия бомбардировкой ус коренными ионам металла при пода че на обрабатываемое изделие высокого отрицательного потенциала смещения -2,2 кВ. При этом ионы металла ускоряются в двойном электрическом слое в непосредственной близости от поверхности изделия, которое помещают на пути плазменного потока.Имея такую высокую энергию, ионы металла распъшяют окислы, Остатки ор-ч ганическнх загряэнени и материал основы, а также насыают его поверк 35ЗОНЕ. С переходными ОТ ОСНОВЫ К ПО КРЫТШО СЕОЙСТВЗМИ, которая ЯВЛНЕТся основой для последующего осажде 45 НИЛ УШУГЕРНЗЛЭ. ПОКРЫТИЯ.Осаждение на поверхность потоков металлической плазм осуществляется с прилоиением к изделию отрицательного потенцнала смещения порядка 80 125 В с одновреиеннойподачей в вакуумную камеру реакционного азотсодержащего газа, насыщенного при темературе 281-298 К парами жидкого углеводорода, при этом давление в вакуумной камере поддерживается в диапазоне (811) х 10 Па.Под действием импульсов энергии,сообщаемых конденсирующимися на поверхность ионами металла, адсорбированные молекулы азотсодержащего газа и паров углеводорода ионизируются с образованием ионов азота иактивных радикалов, что способствует протеканию плазмохиических реакций с образованием нитридов и карбидов испаряемого металла, образующих карбонитридное покрытие, Соотношение между концентрациями карбидов.и нитридов в покрытии зависит от содержания паров углеводорода в реакционном газе. В предлагаемом способе азотсодержащий газ является одновременно реакционным газом, необходимым для синтеза нитридов, и газом-носителем паров жидкого углеводорода,необходишъш для синтеза карбидови получения карбонитридного покрытия. Содержание паров углеводорода определяется однозначно уравнениями термодинамики и зависит от темпера туры жидкого углеводорода, через которьй пропускают реакционный азотсодержащий газ. Повыение температуры жидкого углеводорода вызывает повышение интеисивности его испарения и увеличение содержания его паров. В диапазоне температур 281-298 К создается такое насыщение реакционного азотсодержащего газа парами жидкого углеводорода, при котором образу ется качественное карбонитридное покрытие с составом от ТСО, 2 Ыдядо Т 1 СО,ВЫд 9 без загрязнений и примесей свободного углерода. Таким образом, в предлагаемомспособе обеспечивается постоянная заданная концентрация паров углеводорода за счет поддержания постоянной температуры термостатированием не зависимая от дискретного характера подачи газа,а давление газа легко контролируется обычными средствами измерения вакуПри температуре свыпе 298 К создается избыточная концентраця паров жидкого углеводорода, что приводит к образованию свободного углерода и снижению качества покрытия из-за загрязнения макрочастицам свободного углерода и образования микропор.При уменьшении температуры ние 281 К содержание паров углеводорода слишком незначительно н на поверх 3 1280919 4ности осаждается практически только нитридное покрытие.Необходимы условием получения качественных покрытий является поддержание давления парогазовой реак- 5 ционной смеси азотсодержащего газа и жидкого углеводорода в диапазоне(8-11)х 1 О Па, так как при меньших давлениях образуется недостаточное количество ионов азота н углеводорода, что приводит к осаждению примеси свободного металла, при этом покрытие становится неоднородньш по фазовому составу, уменьшается твердость, а, следовательно, и качество покрытия. При давлениях выше 11 х 101 Па нарушаются оптиалЬные условия транспортировки ионов металла от источника к поверхности обрабатываемого изделия, что приводит 20 к осаждению рьшлого некачественного покрытия.П р и м е р. Наносили покрытие из карбонитрида титана и молибдена на пластины из закаленной быстрорежущей стали РБМБ на установке типа Булат.В качестве исходного распыляемого материала использовали титан марки ВТ 1-00 и молибден марки М 4 ВП. Расстояние от рабочей поверхности катода до водоохлаждаемой составляло 30 мм, а до поверхности обрабатывае 30мх металлорежущих пластин 2 дО мм 35Поверхности пластин подготавливалик нанесени покрытия по стандартной методике, включающей межобработку до Кд 0,04, обезжиривание. и обезвоживание, подогрев в сушиль нон шкафу при 373-393 К в течение 5 мин.На первом этапе проводилась бом бардиронка поверхности пластин ионана пластины отрицательного потенциала смещения 1, КВ при токе горения дуги 90 А (180 А для молибдена) и давлении остаточных газов в вакуумной камере 1,3310 т 3 Па, при этом пластины нагревались до 400 д 50 С.Затем наносилось покрытие из карбонитрида титана молибдена) при токе дуги 90 А.(18 О А для молибдена), на пластинах 125 В и давлении отрицательномпотенциале (8-11) х 102 Па с использованием в качестве реакционного газа парогазовой смеси особо чистого азота, насыщенного парами бензола марки Ч. Насыщение парами бензола осуществлялось в стандартном смесителе барботажного типа, помещенном в термостат, температура в котором поддерживаласв постоянной с точностЬюЬО 5. Результаты Испытаний приведены в табл.1 (для покрьпнй карбонитрида титана) и в табл.2 (для покрытн карбонитрида молибдена).1 Иэвест- . ны акте - . 15000-19000 15 30 Состав карбонит 2 Предла- 2 РИДНОГО гаемый 6 х 1 О 278 16000-17000 10 покрытия практичес 3 -- визе -- 17000-18000 в 10 кн не регулируется д -- 9 х 102 -- 17000-18000 10 Ч 5 - 1 0110 -- 17000-18000 10 в ш- Ни 0 - 170004 0000 10Состав карбонитриднего Чокрыт тня регулируется темПеэатурой смесителятемпера тура УГ ЛЕЗОДО рода, КСпособ МНКРОТВЕР попуче ния по