способ азотирования в плазме тлеющего разряда

Классы МПК:C23C8/36 с использованием ионизированных газов, например ионоазотирование
C23C8/24 азотирование
C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-06-30
публикация патента:

Изобретение относится к плазменной химико-термической обработке поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении. Для интенсификации процесса азотирования, повышения контактной долговечности и износостойкости упрочненного слоя в изделии проводят азотирование стальных изделий в тлеющем разряде путем вакуумного нагрева в плазме азота повышенной плотности, а затем закалку, при этом плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, силовые линии которого параллельны обрабатываемой поверхности, при этом электронное облако максимально локализовано у детали-катода. 2 ил.

способ азотирования в плазме тлеющего разряда, патент № 2409700 способ азотирования в плазме тлеющего разряда, патент № 2409700

Формула изобретения

Способ обработки стальных изделий, включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности и закалку, отличающийся тем, что плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, силовые линии которого параллельны обрабатываемой поверхности, при этом электронное облако максимально локализовано у детали-катода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к плазменной химико-термической обработке поверхности деталей и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования.

Известен способ нанесения износостойкого покрытия на поверхности изделий из стали, в частности на детали машин, включающий ионно-плазменное азотирование в среде реактивного газа - азота, очистку поверхности детали и нанесение нитрида титана из плазменной фазы (RU 2013463 С1, 30.05.94). Способ позволяет создать переходную область между покрытием и материалом самого изделия.

Недостатками аналога являются сложность оборудования и технологии, а также необходимость проектирования специального оборудования для перемещения изделий. Перемещение изделий дополнительно усложняет и увеличивает длительность всей работы.

Известен способ получения азотированных ферросплавов, содержащих компоненты, обладающие большим сродством к азоту, при котором расплавленные исходные материалы выдерживают в атмосфере азота или других азотосодержащих газов. Содержащийся в газовой фазе азот растворяется в металлическом расплаве, а при затвердевании расплава выделяется в виде дисперсной нитридной фазы, распределенной в металлической матрице (см. Гасик М.И. и др. Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Металлургия, 1988. - С.382-384).

Недостатком известного способа является необходимость длительной (несколько часов) выдержки ферросплава в жидком состоянии в атмосфере азотосодержащего газа, что требует большого расхода энергии на поддержание температуры расплава, а также низкое (1способ азотирования в плазме тлеющего разряда, патент № 2409700 2%) содержание азота в сплаве, обусловленное малой растворимостью азота в сплавах при высокой температуре азотирования компонентов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ (Патент РФ № 2276201, кл. С23С 8/36 10.05.2008) азотирования изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода, включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет создания эффекта полого катода.

Недостатком прототипа является распыление и внедрение в азотируемый слой материала сетки полого катода, что снижает твердость получаемого покрытия.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является интенсификация процесса азотирования, повышение контактной долговечности и износостойкости упрочненного слоя.

Задача решается за счет использования способа обработки стальных изделий, включающего азотирование в тлеющем разряде и закалку, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности, и в отличие от прототипа плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, силовые линии которого параллельны обрабатываемой поверхности, при этом электронное облако максимально локализовано у детали-катода.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1, 2 изображена схема реализации способа вакуумного ионно-плазменного азотирования изделий из стали. Схема содержит источник питания 1, катод-деталь 2, магнит 3, анод 4, корпус вакуумной камеры 5, электронное облако 6, силовые линии магнитного поля 7, обрабатываемые заготовки 8.

Пример конкретной реализации способа.

В вакуумной камере устанавливают обрабатываемые детали по кольцевой траектории, например наконечники резцов из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 100 Па, необходимое для зажигания тлеющего разряда. В камеру подают смесь газов (N2 50%-80%, Ar 25%-10%, С2 Н2 25%-10%) и прогревают детали до температуры 500÷540°С, при этом происходит азотирование в течение 3-5 часов, после чего деталь дополнительно нагревают до 900-1000°С, выдерживают 15-20 минут и резко охлаждают в потоке гелия со скоростью, превышающей критическую скорость закалки.

Температура Кюри для материала магнита составляет порядка 300-350°С. Так как магнит находится внутри рабочей камеры, а температура азотирования составляет 500÷540°С, то магнит необходимо охлаждать. Для этого в полости магнита, указанной на чертеже, циркулирует вода.

Все процессы проходят в одной камере и в одной атмосфере, что позволяет максимально снизить вспомогательное время, затрачиваемое на подготовительные операции, которые связаны с использованием разного оборудования и оснастки.

Необходимо отметить следующие преимущества заявленного способа: высокая технологичность процесса, экологическая чистота процесса за счет отсутствия вредных производственных выбросов в атмосферу, простота схемы обработки, не требующая проектирования специальных приспособлений и сравнительно невысокая стоимость оборудования.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2409700

patent-2409700.pdf

Класс C23C8/36 с использованием ионизированных газов, например ионоазотирование

способ ионно-плазменного азотирования длинномерной стальной детали -  патент 2528537 (20.09.2014)
способ изготовления деталей машин с получением субмикро- и наноструктурированного состояния диффузионного приповерхностного слоя при азотировании -  патент 2524892 (10.08.2014)
способ формирования микроструктурированного слоя нитрида титана -  патент 2522919 (20.07.2014)
способ азотирования деталей машин с получением наноструктурированного приповерхностного слоя и состав слоя -  патент 2522872 (20.07.2014)
способ повышения стойкости стальных трубопроводов к коррозии цементацией -  патент 2488649 (27.07.2013)
способ обработки длинномерной стальной детали -  патент 2455386 (10.07.2012)
установка для вакуумной ионно-плазменной обработки длинномерных изделий -  патент 2450083 (10.05.2012)
способ получения изделий -  патент 2440794 (27.01.2012)
способ ионно-вакуумной химико-термической обработки стальной детали с резьбовой поверхностью -  патент 2428504 (10.09.2011)
способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов -  патент 2427666 (27.08.2011)

Класс C23C8/24 азотирование

способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов -  патент 2464355 (20.10.2012)
способ изготовления штанг для бурильных машин ударно-вращательного действия -  патент 2463361 (10.10.2012)
допускающий обработку давлением сплав кобальта (варианты) -  патент 2454476 (27.06.2012)
способ получения изделий из стальных гранул методом порошковой металлургии с равномерным распределением азота в объеме изделия -  патент 2445188 (20.03.2012)
способ низкотемпературного азотирования в плазме несамостоятельного дугового разряда низкого давления технически чистого титана вт1-0 -  патент 2434075 (20.11.2011)
способ низкотемпературного азотирования в плазме несамостоятельного дугового разряда низкого давления титановых сплавов вт6 и вт16 -  патент 2434074 (20.11.2011)
способ создания неоднородной структуры материала при азотировании в тлеющем разряде -  патент 2409699 (20.01.2011)
способ азотирования жаропрочных сплавов на никелевой основе -  патент 2386722 (20.04.2010)
способ упрочнения титановых сплавов в газовой среде -  патент 2365671 (27.08.2009)
способ диффузионной сварки тонкостенных слоистых конструкций из титановых сплавов -  патент 2319589 (20.03.2008)

Класс C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 

способ термической обработки штампов и пресс-форм -  патент 2527575 (10.09.2014)
способ подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке -  патент 2526341 (20.08.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ термической обработки режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной -  патент 2517093 (27.05.2014)
способ изготовления инструментального композиционного материала -  патент 2483123 (27.05.2013)
способ упрочнения наплавленной быстрорежущей стали -  патент 2483120 (27.05.2013)
способ термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов -  патент 2471878 (10.01.2013)
способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента методом импульсной лазерной обработки (ило) -  патент 2460811 (10.09.2012)
способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия -  патент 2457261 (27.07.2012)
способ упрочнения разделительного штампа -  патент 2452780 (10.06.2012)
Наверх