способ ионного азотирования стали

Формула изобретения

Способ азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающий вакуумный нагрев изделий, являющихся катодом, в плазме азота повышенной плотности, отличающийся тем, что плазму азота повышенной плотности формируют в прикатодной области пучком сгенерированных и ускоренных вспомогательным анодом электронов, при этом электроны, вылетающие из электронной пушки, направляют к аноду и к вспомогательному аноду, создавая электронный газовый поток, обеспечивающий столкновение электронов с нейтральными частицами и поддерживание существования плазмы, при этом скоростью движения электронов управляют посредством вспомогательного анода, подключенного к собственному источнику питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования.

Известен способ (патент РФ № 2058421, кл. С23С 8/36. 20.04.96) азотирования деталей из конструкционных легированных сталей, включающий высокотемпературное ионное азотирование, закалку с температуры полного растворения нитридных фаз, отпуск, чистовую механическую обработку и низкотемпературное ионное азотирование на глубину не менее глубины деазотированного слоя.

Недостатком аналога является сложность оборудования и технологии, а также необходимость проектирования специального оборудования.

Известен способ низкотемпературного азотирования легированной стали 38ХМЮА в среде аммиака. Насыщение поверхностного слоя азотом проводят при температуре Т=520°С в течение 24 часов (см. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1985, с.255).

Недостатком известного способа является то, что при этом не обеспечивается достаточно высокая твердость и износостойкость упрочняющего покрытия.

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 азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающего вакуумный нагрев изделий, являющихся катодом, в плазме азота повышенной плотности, и в отличии от прототипа плазму азота повышенной плотности формируют в прикатодной области пучком сгенерированных и ускоренных вспомогательным анодом электронов, при этом электроны, вылетающие из электронной пушки, направляют к аноду и к вспомогательному аноду, создавая электронный газовый поток, обеспечивающий столкновение электронов с нейтральными частицами и поддержание существования плазмы, при этом скоростью движения электронов управляют посредством вспомогательного анода, подключенного к собственному источнику питания.

Кинетическая энергия электронов при соударении с мишенью переходит в тепловую, вызывая тем самым дополнительный нагрев мишени и ускорение процесса азотирования.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором стрелками обозначены электроны.

На чертеже изображена схема реализации способа вакуумного ионно-плазменного азотирования изделий из стали. Схема содержит источник питания 1, электронную пушку 2, катод-деталь 3, вспомогательный анод 6, устройство подачи рабочего газа 4, анод 5.

Пример конкретной реализации способа.

В вакуумной камере устанавливают предварительно очищенные детали, которые подключают к отрицательному электроду. Затем в вакуумной камере создают давление, равное 100-140 Па, после чего вакуумную камеру прокачивают смесью газов (N₂ 50% - 80%, Ar 25% - 10%, C₂H₂ 25% - 10%) 10 мин, подают рабочее напряжение 400-500 В, ускоряющее напряжение 300-400 В (на вспомогательном аноде). Детали, установленные в вакуумной камере, нагревают до температуры 500-540°С и азотируют в течение 3÷5 часов, затем садку с деталями охлаждают до комнатной температуры под вакуумом и извлекают.

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

Преимуществами заявленного способа являются: 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.