RU2671522C1 - Способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности - Google Patents
Способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2671522C1 RU2671522C1 RU2017129030A RU2017129030A RU2671522C1 RU 2671522 C1 RU2671522 C1 RU 2671522C1 RU 2017129030 A RU2017129030 A RU 2017129030A RU 2017129030 A RU2017129030 A RU 2017129030A RU 2671522 C1 RU2671522 C1 RU 2671522C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- mixture
- product
- titanium
- argon
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 21
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001007 puffing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для химико-термической обработки внутренней цилиндрической поверхности из конструкционных материалов и изделий из мало- и высоколегированных сталей, титана и титановых сплавов. Изделие размещают в вакуумной камере. В вакуумную камеру подают аргон и проводят предварительную обработку поверхности импульсно-периодическим аномальным тлеющим разрядом, после которой осуществляют нагрев изделия до температуры свыше 150°С посредством системы дополнительного нагрева. Проводят напуск рабочего газа до давления 0,5-5,0 Торр. Используют для стали смесь водорода и азота или смесь водорода, азота и аргона, а для титана и его сплавов – смесь аргона и азота или смесь гелия и азота. Выполняют азотирование в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда с полым катодом с нагревом поверхности изделия из стали до 400-650°С, а изделия из титана и его сплава до 400-900°С посредством системы дополнительного нагрева. Затем осуществляют подачу в вакуумную камеру азота и охлаждают изделие до температуры 25°С в атмосфере азота при высоком давлении 800 Торр. Способ обеспечивает повышение твердости и коррозионной стойкости деталей с внутренней цилиндрической поверхностью диаметром от 3 мм. 3 пр., 5 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к химико-термической обработке внутренней цилиндрической поверхности деталей из конструкционных материалов и изделий из мало- и высоколегированных сталей, титана и титановых сплавов.
Уровень техники
Известен способ для азотирования внутренней поверхности трубы в плазме тлеющего разряда [1] в азотосодержащем газе, в котором в обрабатываемую трубу устанавливают специальный электрод (анод), вакуумируют с двух сторон через штуцеры, напускают азотосодержащий рабочий газ до давления 0,1-1,0 мм рт.ст., зажигают тлеющий разряд между центральным электродом (анодом) и трубой, причем труба является катодом. После катодной очистки давление в рабочем объеме повышают до 1-10 мм рт.ст. проводят нагрев трубы и изотермическую выдержку, причем температуру трубы регулируют, меняя ток источника питания разряда. Для выравнивания температуры по длине трубы применяют термостат, выполненный из теплоизолирующего материала. В результате воздействия потока ионов на внутреннюю поверхность трубы происходит интенсивное диффузное насыщение ее азотом и образуется качественный азотированный слой.
Недостатком такого способа является наличие в плазме, а также в азотированном слое материала анода, что может негативно сказываться на механических характеристиках обрабатываемой поверхности, регулировка температуры обрабатываемого изделия только за счет тока источника питания разряда, а также невозможность обрабатывать цилиндрические детали малого диаметра до 10 мм.
Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является способ [2] модификации внутренней поверхности металлических изделий в плазме разряда с полым катодом, в котором обрабатываемое изделие помещают в вакуумную камеру, внутри него располагают дополнительный электрод-катод для инициации разряда с полым катодом, откачивают до давления ~10-3 Торр, напускают в камеру аргон до давления 0,05 Торр, зажигают разряд и осуществляют очистку и активацию поверхности в течении 5-20 минут, затем напускают в камеру реакционную смесь газов аммиак (азот) или аргон в отношении от 20% до 80% до давления 0,05-5,0 Торр, подают от источника питания импульс напряжения до 10 кВ или импульс тока до 5А и зажигают разряд с полым катодом. Нагрев образца осуществляется только в плазме разряда с полым катодом. Время азотирования варьируется от 0,5 до 4 часов. В результате такой модификации внутренней поверхности цилиндров увеличивается твердость, износостойкость и коррозионная стойкость поверхности металлических изделий, а также улучшаются ее физико-химические свойства.
Недостатком такого способа является наличие в плазме разряда, а также в азотированном слое атомов материала дополнительного электрода, что может негативно сказываться на механических характеристиках обрабатываемой поверхности, а также регулировка температуры обрабатываемого изделия только за счет тока (напряжения) источника питания разряда.
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом изобретения является создание способа плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности, позволяющего азотировать внутреннюю поверхность с малым диаметром от 3 мм в плазме разряда с полым катодом с дополнительным нагревом, и обеспечивающего повышение ее твердости, износостойкости и коррозионной стойкости для использования в областях машиностроения в частности для обработки внутренней цилиндрической поверхности деталей из конструкционных материалов и изделий из мало- и высоколегированных сталей, титана и титановых сплавов.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности металлического изделия, включает в себя размещение изделия в вакуумной камере, создание вакуума, подачу в вакуумную камеру аргона, предварительную обработку поверхности в плазме разряда, подачу в вакуумную камеру смеси рабочего газа и азотирование в плазме разряда и отличается тем, что предварительную обработку изделия осуществляют импульсно-периодическим аномальным тлеющим разрядом, после которой осуществляют нагрев изделия до температуры свыше 150°С посредством системы дополнительного нагрева, производят напуск рабочего газа в виде смеси водорода и азота (или смеси водорода, азота и аргона) для стали или смеси аргона и азота (или смеси гелия и азота) для титана и его сплавов до давления 0,5-5,0 Торр и выполняют азотирование в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда с полым катодом с нагревом поверхности изделия из стали до 400-650°С или изделия из титана и его сплава до 400-900°С посредством системы дополнительного нагрева, после чего осуществляют подачу в вакуумную камеру азота и охлаждают изделие до температуры 25°С в атмосфере азота при высоком давлении 800 Торр.
Технический результат достигается благодаря следующему.
Для предварительной обработки изделия был использован импульсно-периодический аномальный тлеющий разряд при давлении 0,5-1,5 Торр, напряжении источника питания 450-600 В, частоте 1,0-100 кГц, коэффициенте заполнения 10-80%, время очистки составляло 5-30 мин. Предварительная обработка в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда позволила очистить поверхность образца от окислов.
Изделия нагревалось вначале с помощью системы дополнительного нагрева на основе нагревательного элемента, установленного на съемном цилиндрическом экране вокруг обрабатываемого образца, затем при одновременной работе нагревательного элемента и аномального тлеющего разряда с полым катодом. Предварительный нагрев изделия позволил не только сократить время нагрева образца до необходимой для азотирования температуры, но и привел к обезгаживанию поверхности образцов и стенок камеры, что существенно улучшило качество модифицированной поверхности.
Азотирование внутренней поверхности образца осуществлялось с помощью аномального тлеющего разряда с полым катодом с дополнительным нагревом при давлении 1,5-5,0 Торр с использованием импульсно-частотного источника питания с частотой следования импульсов 1,0-100 кГц, коэффициентом заполнения 10-80%, напряжением горения разряда 400-2500 В, с плотностью токадо 0,5 А/см2. Разряд зажигался внутри обрабатываемого изделия, являющегося катодом, анодом являлись стенки камеры. Время азотирования составляло 0,5-6,0 часов.
При давлении ниже 0,5 Торр и свыше 5,0 Торр разряд не зажигается. При напряжении источника питания разряда менее 400 В разряд не зажигается, при напряжении источника питания свыше 2,5 кВ разряд переходит в дуговой режим. При частоте следования импульсов менее 1,0 кГц разряд также переходит в дуговой режим, при частотах более 100 кГц существенно снижается эффективность использования импульса тока, что приводит к увеличению длительности процесса азотирования.
Температура образца в процессе обработки составляла 400-650°С для стали и 400-900°С для титана и его сплавов и достигалась как подбором режимов работы источника питания аномального тлеющего разряда, так и режимом работы нагревательного элемента.
При температуре поверхности образца меньше 400°С процесс азотирования неэффективен, т.к. при таких температурах уменьшается диффузия азота вглубь поверхности, при температурах выше 700°С для стали и 900°С для титана и его сплавов происходят структурные превращения в металле и перестройка его кристаллической решетки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где проиллюстрирован заявляемый способ:
На Фиг. 1 представлена схема устройства ионно-плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности: 1 изделие в виде трубки, 2 вакуумная камера, 3 сухой спиральный насос, 4 турбомолекулярный насос, 5 держатель образцов (изделий), 6 катод, 7 система дополнительного нагрева, 8 датчики измерения вакуума.
На Фиг. 2 представлена фотография шлифа внутренней поверхности образца.
На Фиг. 3 показано распределение микротвердости по глубине азотированного слоя, измеренные по Виккерсу при нагрузке 10 гс помощью микротвердомера FutureTech ТМ-9000.
На Фиг. 4 показано распределение микротвердости по глубине азотированного слоя, измеренное при нагрузке 25 гс помощью микротвердомера FutureTech FM-800.
На Фиг. 5 показано распределение микротвердости по глубине азотированного слоя, измеренное при нагрузке 10 гс помощью микротвердомера FutureTech FM-800.
Сущность изобретения поясняется примерами.
Пример 1
Были использованы образцы из стали 30ХН2МФА в виде трубок с внутренним диаметром 9 мм, внешним диаметром 14 мм и длиной 155 мм. Производилась очистка поверхности трубок в ультразвуковой ванне «S5 Elmasonic» в бензине, в ацетоне и в спирте в течение 5-10 мин.
Данный способ был реализован с помощью устройства, схема которого представлена на Фиг. 1. Стальная трубка 1 помещалась в вакуумную камеру 2, которая откачивалась сухим спиральным насосом 3 и турбомолекулярным насосом 4 до давления 10-4 Торр. Стальная трубка с помощью специального металлического держателя 5 крепилась к катоду бив процессе азотирования находилась под напряжением катода. Анодом являлись стенки камеры. Система дополнительного нагрева 7 была реализована на основе двужильного нагревательного кабеля в металлической оболочке длиной 3 м, сопротивлением 118 Ом и мощностью 432 Вт. Кабель крепился на съемный экран из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм. Питание аномального тлеющего разряда и разряда с полым катодом осуществлялось от источника питания 8, формирующего прямоугольный импульс напряжения со средней мощностью до 12 кВт, напряжением питания до 650 В, частотой 1-100 кГц, коэффициентом заполнения от 10 до 80%. Рабочий вакуум измерялся с помощью датчиков измерения вакуума установки 8.
Предварительную обработку изделий с целью очистки поверхности и удаления окислов осуществляли в течение 20 мин в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда в аргоне при давлении 0,8-1,0 Торр, напряжении источника питания 400 В, частоте 50,0 кГц, коэффициенте заполнения 50%. Далее проводился нагрев поверхности образца до температуры свыше 150°С с помощью системы дополнительного нагрева.
Азотирование внутренней поверхности образца осуществлялось с помощью аномального тлеющего разряда с полым катодом с дополнительным нагревом при давлении 3,0 Торр в смеси рабочих газов H2/N2 (1:1) с использованием импульсно-частотного источника питания с частотой следования импульсов 3,0 кГц, коэффициентом заполнения 35% напряжением источника 540-600 В. Разряд с полым катодом зажигался внутри обрабатываемого изделия. Температура поверхности образца во время азотирования составляла 530-600°С. Контроль температуры образца осуществлялся с помощью термопары Ni-NiCr типа К. Время азотирования составляло 4,0 часа.
После азотирования образцы охлаждались в среде азота при давлении 800 Торр до достижения ими температуры 25°С.
На Фиг. 2 показана фотография шлифа внутренней поверхности образца, вырезанного из середины трубки и протравленного в смеси H2O2+H2O+HF (16:3:1). Фотография сделана с помощью растрового электронного микроскопа. На Фиг. 3 показано распределение микротвердости по глубине азотированного слоя, измеренные по Виккерсу при нагрузке 10 гс помощью микротвердомера FutureTech ТМ-9000. Измерения делались для участка, вырезанного из середины трубки. Видно, что микротвердость модифицированной поверхности почти в 2 раза превышает микротвердость необработанного образца, толщина упрочненного слоя составляет порядка 150 мкм.
Были проведены испытания внутренней поверхности трубок на солевую коррозию по стандартной методике ускоренных циклических испытаний. После трех циклов очагов коррозии на модифицированной поверхности обнаружено не было.
Пример 2
Были использованы образцы из титана ВТ 1-0 в виде трубок с внутренним диаметром 8 мм, внешним диаметром 10 мм и длиной 200 мм. Производилась очистка поверхности трубок в ультразвуковой ванне «S5 Elmasonic» в бензине, в ацетоне и в спирте в течение 5-10 мин.
Предварительную обработку изделий с целью очистки поверхности и удаления окислов осуществляли в течение 10 мин в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда в аргоне при давлении 0,5 Торр, напряжении источника питания 500 В, частоте 5,0 кГц, коэффициенте заполнения 25%. Далее проводился нагрев поверхности образца до температуры свыше 150°С с помощью системы дополнительного нагрева.
Азотирование внутренней поверхности образца осуществлялось с помощью аномального тлеющего разряда с полым катодом с дополнительным нагревом при давлении 1,0 Торр в смеси рабочих газов Ar/N2 (1:1) с использованием импульсно-частотного источника питания с частотой следования импульсов 3,0 кГц, коэффициентом заполнения 35% напряжением источника 550-600 В. Разряд с полым катодом зажигался внутри обрабатываемого изделия. Температура поверхности образца во время азотирования составляла 800-900°С. Контроль температуры образца осуществлялся с помощью термопары Ni-NiCr типа К. Время азотирования составляло 2,0 часа.
После азотирования образцы охлаждались в среде азота при давлении 800 Торр до достижения ими температуры 25°С.
На Фиг. 4 показано распределение микротвердости по глубине азотированного слоя, измеренное при нагрузке 25 гс помощью микротвердомера FutureTech FM-800. Измерения делались для участка, вырезанного из середины трубки. Видно, что микротвердость модифицированной поверхности почти в 3 раза превышает микротвердость необработанного образца, толщина упрочненного слоя составляет порядка 100 мкм.
Пример 3
Были использованы образцы из стали 30ХН2МФАв виде трубок с внутренним диаметром 4 мм, внешним диаметром 6 мм и длиной 100 мм. Производилась очистка поверхности трубок в ультразвуковой ванне «S5 Elmasonio) в бензине, в ацетоне и в спирте в течение 5-10 мин.
Предварительную обработку изделий с целью очистки поверхности и удаления окислов осуществляли в течение 30 мин в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда в аргоне при давлении 1,5 Торр, напряжении источника питания 500-600 В, частоте 50,0 кГц, коэффициенте заполнения 50%. Далее проводился нагрев поверхности образца до температуры свыше 150°С с помощью системы дополнительного нагрева.
Азотирование внутренней поверхности образца осуществлялось с помощью аномального тлеющего разряда с полым катодом с дополнительным нагревом при давлении 2,5 Торр в смеси рабочих газов Ar/N2/H2 (1:16:3) с использованием импульсно-частотного источника питания с частотой следования импульсов 50,0 кГц, коэффициентом заполнения 50% напряжением источника 500 В. Разряд с полым катодом зажигался внутри обрабатываемого изделия. Температура поверхности образца во время азотирования составляла 500-600°С. Контроль температуры образца осуществлялся с помощью термопары Ni-NiCr типа К. Время азотирования составляло 3,5 часа.
После азотирования образцы охлаждались в среде азота при давлении 800 Торр до достижения ими температуры 25°С.
На Фиг. 5 показано распределение микротвердости по глубине азотированного слоя, измеренное при нагрузке 10 гс помощью микротвердомера FutureTech FM-800. Измерения делались для участка, вырезанного из середины трубки. Микротвердость модифицированной поверхности почти в 2 раза превышает микротвердость основы, толщина упрочненного слоя составляет порядка 50 мкм.
Реализация вышеописанного способа позволит создать плазменную технологию упрочнения внутренней цилиндрической поверхности, обеспечивающую повышение твердости, износостойкости и коррозионной стойкости изделий, для использования в области машиностроения в частности в химико-термической обработке деталей из мало- и высоколегированных сталей, титана и титановых сплавов.
Источники информации
1. Пат. №2102524 RU Рос. Федерация, МПК6 С23С 8/36 /Устройство для обработки внутренней поверхности трубы. [Текст] /В.А. Быстрик, Р.В. Каталов, А.Г. Прозоров, Ю.П. Черников, А.В. Подшивалов, Е.А. Быстрик, Н.А. Бычков заявители и патентообладатели В.А. Быстрик, Р.В. Каталов, А.Г. Прозоров, Ю.П. Черников, А.В. Подшивалов, Е.А. Быстрик, Н.А. Бычков - №93005936/02; заявл. 01.02.1993, опубл. 20.01.1998.
2. Пат. №103320772 CN Китай, МПК С23С 16/50, С23С 8/36 / Metal inner surface modification device method. [Текст] / ZHANG GUIFENG, HOU XIAODUO, DENG DEWEI заявитель и патентообладатель University Delian Technology - №20131278344; заявл. 04.07.2013, опубл. 25.09.2013.
Claims (1)
- Способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности металлического изделия, включающий размещение изделия в вакуумной камере, создание вакуума, подачу в вакуумную камеру аргона, предварительную обработку поверхности в плазме разряда, подачу в вакуумную камеру смеси рабочего газа и азотирование в плазме разряда, отличающийся тем, что предварительную обработку изделия осуществляют импульсно-периодическим аномальным тлеющим разрядом, после которой осуществляют нагрев изделия до температуры свыше 150°С посредством системы дополнительного нагрева, производят напуск рабочего газа для стали в виде смеси водорода и азота или смеси водорода, азота и аргона, или рабочего газа для титана и его сплавов в виде смеси аргона и азота или смеси гелия и азота до давления 0,5-5,0 Торр и выполняют азотирование в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда с полым катодом с нагревом поверхности изделия из стали до 400-650°С или изделия из титана и его сплава до 400-900°С посредством системы дополнительного нагрева, после чего осуществляют подачу в вакуумную камеру азота и охлаждают изделие до температуры 25°С в атмосфере азота при высоком давлении 800 Торр.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129030A RU2671522C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129030A RU2671522C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2671522C1 true RU2671522C1 (ru) | 2018-11-01 |
Family
ID=64103101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129030A RU2671522C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2671522C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799184C1 (ru) * | 2022-09-19 | 2023-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Способ генерации низкотемпературной плазмы в узких протяженных металлических трубках |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1656008A1 (ru) * | 1989-03-16 | 1991-06-15 | Мгту Им.Н.Э.Баумана | Устройство дл нанесени покрытий из газовых сред |
| RU2100477C1 (ru) * | 1994-10-18 | 1997-12-27 | Равель Газизович Шарафутдинов | Способ осаждения пленок гидрогенизированного кремния |
| UA92032C2 (ru) * | 2008-03-31 | 2010-09-27 | Александр Витальевич Золотухин | Способ нанесения защитных и декоративных покрытий на электропроводящие изелия |
| US8262869B2 (en) * | 2003-07-10 | 2012-09-11 | Chemfilt Ionsputtering Aktiebolag | Work piece processing by pulsed electric discharges in solid-gas plasma |
| RU2472869C2 (ru) * | 2007-05-25 | 2013-01-20 | Эрликон Трейдинг Аг,Трюббах | Установка вакуумной обработки и способ вакуумной обработки |
| CN103320772A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-09-25 | 大连理工大学 | 一种金属内表面改性的装置和方法 |
| US20170133048A1 (en) * | 2014-06-20 | 2017-05-11 | Youtec Co., Ltd. | Plasma cvd device and method of manufacturing magnetic recording medium |
-
2017
- 2017-08-14 RU RU2017129030A patent/RU2671522C1/ru active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1656008A1 (ru) * | 1989-03-16 | 1991-06-15 | Мгту Им.Н.Э.Баумана | Устройство дл нанесени покрытий из газовых сред |
| RU2100477C1 (ru) * | 1994-10-18 | 1997-12-27 | Равель Газизович Шарафутдинов | Способ осаждения пленок гидрогенизированного кремния |
| US8262869B2 (en) * | 2003-07-10 | 2012-09-11 | Chemfilt Ionsputtering Aktiebolag | Work piece processing by pulsed electric discharges in solid-gas plasma |
| EP1654396B1 (en) * | 2003-07-10 | 2017-03-22 | CemeCon AG | Work piece processing by pulsed electric discharges in solid-gas plasma |
| RU2472869C2 (ru) * | 2007-05-25 | 2013-01-20 | Эрликон Трейдинг Аг,Трюббах | Установка вакуумной обработки и способ вакуумной обработки |
| UA92032C2 (ru) * | 2008-03-31 | 2010-09-27 | Александр Витальевич Золотухин | Способ нанесения защитных и декоративных покрытий на электропроводящие изелия |
| CN103320772A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-09-25 | 大连理工大学 | 一种金属内表面改性的装置和方法 |
| US20170133048A1 (en) * | 2014-06-20 | 2017-05-11 | Youtec Co., Ltd. | Plasma cvd device and method of manufacturing magnetic recording medium |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799184C1 (ru) * | 2022-09-19 | 2023-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Способ генерации низкотемпературной плазмы в узких протяженных металлических трубках |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2946708A (en) | Nitriding with electric glow discharge | |
| Koval et al. | Low-energy high-current plasma immersion implantation of nitrogen ions in plasma of non-self-sustained arc discharge with thermionic and hollow cathodes | |
| US20070298189A1 (en) | Plasma process for surface treatment of workpieces | |
| RU2660502C1 (ru) | Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия | |
| RU2686975C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования изделий из титана или титанового сплава | |
| RU2671522C1 (ru) | Способ плазменного упрочнения внутренней цилиндрической поверхности | |
| JPS6111319B2 (ru) | ||
| RU2413033C2 (ru) | Способ плазменного азотирования изделия из стали или из цветного сплава | |
| US5383980A (en) | Process for hardening workpieces in a pulsed plasma discharge | |
| Roliński et al. | Controlling plasma nitriding of ferrous alloys | |
| RU2671026C1 (ru) | Способ комбинированного плазменного упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов | |
| JPH08170162A (ja) | パルス状に運転されるプラズマ放電装置を用いて浸炭可能な材料から成る構造部材を浸炭する方法 | |
| Janosi et al. | Controlled hollow cathode effect: new possibilities for heating low-pressure furnaces | |
| EP0707661B1 (fr) | Procede pour la nitruration a basse pression d'une piece metallique et four pour la mise en uvre dudit procede | |
| JPH0657404A (ja) | 鋼からなる工作材の硬化法 | |
| Matsui et al. | Effect of plasma-on time on the axial distribution of film thickness in internal diamond-like carbon coating with microwave-excited high-density plasma | |
| RU2558320C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме | |
| RU2687616C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов с постоянной прокачкой газовой смеси | |
| JPH07118826A (ja) | 金属部材のイオン窒化方法 | |
| JPH0813126A (ja) | 金属部材のイオン軟窒化法 | |
| RU2611003C1 (ru) | Способ ионного азотирования титановых сплавов | |
| Oskirko et al. | Active screen hydrogen free plasma nitriding steel | |
| Lopatin et al. | AISI 5140 steel nitriding in a plasma of a non-self-sustaining arc discharge with a thermionic cathode under the pulse action of ions | |
| EP2369028B1 (en) | Method for nitriding metal alloys and device for carrying out said method | |
| JPS6134505B2 (ru) |