RU2005108891A - Способ оптимизации ионной обработки поверхностного слоя металлических изделий и оборудование установки для его реализации - Google Patents

Claims (5)

1. Способ оптимизации ионной обработки поверхностного слоя металлических изделий, заключающийся в поддержании оптимального сочетания элементного состава ионов и энергетического уровня ионного воздействия, включающем выбор испаряемого токопроводящего материала в источнике ионов, технологически совместимого с материалом изделия, и настройку рабочего режима обработки облучением пучком ионов в вакууме поверхности изделия, обеспечивающей получение заданных свойств его поверхностного слоя, например, активации поверхности без ее разупрочнения, и осуществляемой с подачей на изделие отрицательного потенциала и воздействием на его поверхность ионами плазмы, образованной горящей в парах токопроводящего материала дугой, путем подбора тока вакуумной дуги в источнике ионов и отрицательного потенциала на изделии, загруженном в вакуумную рабочую камеру, с учетом показаний датчика контроля требуемого энергетического уровня воздействия ионами на поверхность изделия, отличающийся тем, что в качестве основы элементного состава испаряемого токопроводящего материала в источнике ионов используют титан или цирконий, а настройку рабочего режима ионной обработки производят регулированием, с возможностью автоматизированного управления, тока вакуумной дуги и отрицательного потенциала на изделии на основе предварительной калибровки их допустимых величин в интервале величин дозы облучения, соответствующем задаче подготовки поверхности изделия для нанесения защитного покрытия, получения комплекса свойств поверхностного слоя изделия, повышающих его эксплуатационные характеристики, или исследования новых возможностей ионной обработки в результате варьирования элементным составом исходного поверхностного слоя изделия и компонентных добавок к испаряемому материалу в источнике ионов и дозой облучения поверхности изделия, с текущей подстройкой указанных регулируемых параметров ионной обработки в зависимости от величины контролируемой дозы облучения, при этом последнюю контролируют с помощью цилиндрического многосеточного зонда, выполняющего функции электростатического анализатора заряженных частиц ионной составляющей потока плазмы, для чего зонд размещают в вакуумной рабочей камере над обрабатываемой поверхностью с ориентацией центральной оси цилиндрического зонда вдоль направления распространения ионного потока, измеряют величину ионного тока и определяют дозу облучения Ф по формуле

где I_з - величина ионного тока, измеренного зондом;

D_з - диаметр входного окна зонда;

t - время облучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве основы элементного состава исходного поверхностного слоя изделия и испаряемого материала в источнике ионов используют титан, а настройку рабочего режима обработки производят регулированием тока дуги в интервале 120-180 А и напряжения, подаваемого на изделие, в интервале 1,3-1,9 кВ с предварительной их калибровкой в интервале величин дозы облучения 3·10¹⁶-3·10¹⁷ см^-2, обеспечивающей микроструктурную модификацию поверхностного слоя с повышением плотности дислокации на субзеренных границах и микротвердости поверхности изделия, при этом дозу облучения контролируют с помощью зонда - цилиндра Фарадея с двумя сетками в режиме измерения полной ионной составляющей потока плазмы.

3. Оборудование установки для реализации способа оптимизации ионной обработки поверхностного слоя металлических изделий, содержащее вакуумную рабочую камеру, конструктивно сопряженную с вакуумно-дуговым источником ионов, сообщающуюся с блоком вакуумных насосов и имеющую загрузочную позицию для размещения в камере изделия, а также блок электропитания и приборы для контроля и регулирования режимных параметров ионной обработки, отличающееся тем, что электрод-испаритель источника ионов выполнен из титана или циркония, а рабочая камера снабжена цилиндрическим многосеточным зондом, с его фиксацией для измерения величины ионного тока над загрузочной позицией вблизи обрабатываемой поверхности и с ориентацией центральной оси цилиндрического зонда вдоль направления распространения ионного потока и входным окном зонда навстречу ионному потоку, при этом в состав оборудования установки входит микроконтроллер, соединенный через аналого-цифровой преобразователь с коллектором зонда и блоком электропитания, который подключен с обеспечением подачи отрицательного потенциала и раздельной его регулировки к электроду-испарителю, металлическому изделию и поперечным сеткам зонда, распределенным по центральной оси его цилиндрического корпуса между входным окном и коллектором зонда, причем микроконтроллер снабжен клавиатурой управления и графическим индикатором отображения регулируемых режимных параметров ионной обработки и имеет возможность обмена цифровой информацией через порт с отдельным персональным компьютером оператора.

4. Оборудование по п.3, отличающееся тем, что в его состав включен цифровой вакуумметр, подсоединенный к микроконтроллеру, соединенному своим выходом через аналого-цифровой преобразователь с приводом блока вакуумных насосов.

5. Оборудование по п.3 или 4, отличающееся тем, что загрузочная позиция в рабочей камере оснащена дополнительным датчиком энергетического уровня ионного воздействия, выполненным в виде подложки из материала, близкого по составу элементной основе исходного поверхностного слоя изделия, которая размещена на уровне обрабатываемой поверхности загруженного изделия в зоне ионного воздействия рабочей камеры с возможностью фиксации над подложкой цилиндрического многосеточного зонда без перекрытия облучения поверхности изделия и с сохранением облучения подложки с электрической изоляцией подложки от изделия, представляющей собой прокладку из термостойкого диэлектрика, и подсоединена через аналого-цифровой преобразователь к микроконтроллеру.