RU2458182C1 - Способ имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца - Google Patents
Способ имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца Download PDFInfo
- Publication number
- RU2458182C1 RU2458182C1 RU2011104858/02A RU2011104858A RU2458182C1 RU 2458182 C1 RU2458182 C1 RU 2458182C1 RU 2011104858/02 A RU2011104858/02 A RU 2011104858/02A RU 2011104858 A RU2011104858 A RU 2011104858A RU 2458182 C1 RU2458182 C1 RU 2458182C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- implantation
- ions
- ion
- lead
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам ионной обработки поверхности деталей из конструкционных сталей, в частности, типа 30ХГСН2А. Технический результат - повышение усталостной прочности стали и снижение коэффициента трения детали при скольжении. Согласно способу осуществляют совместную имплантацию ионов меди и свинца в поверхность стали с помощью катода, который изготавливают из бинарного сплава меди и свинца. При этом содержание свинца в катоде составляет 25-45%. Дозу (флюенс) имплантации выбирают в пределах диапазона (1-2,5)·1017 ион/см2, причем с увеличением содержания свинца флюенс снижают в пределах этого диапазона. 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области ионно-лучевой вакуумной обработки материалов и может быть использовано в машиностроении для повышения эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов.
Известен способ (заявка Франции 2476143, кл. С23С 14/48) ионно-лучевой обработки изделий, заключающийся в том, что в камеру, где располагаются изделия, напускают газ. Газ ионизируют и используют для обработки изделий. Ионы газа ускоряются за счет приложения переменной разности потенциала между изделиями и камерой. Технические возможности данного способа по созданию необходимой структуры и элементного состава в приповерхностном слое изделий ограничены тем, что при такой обработке в изделие имплантируют только ионы напускаемого газа. Создаваемые приповерхностные слои имеют сильные ограничения по значениям микротвердости из-за больших возникающих градиентов свойств между упрочненными слоями и матрицей. Следствием является возникновение высоких внутренних напряжений в приповерхностных слоях, приводящее к разрушению материала даже при слабых нагрузках.
Известен способ ионно-лучевой обработки изделий и материалов (Sharkeev Yu.P., Gritsenko B.P., Perry A.J., Fortuna S.V., Modification of mettallic materials and hard coatings using vacuum arc metal ion implantation. Vacuum, 1999, 1, v.52, p.247-254), по которому можно с помощью ионных пучков повышать износостойкость изделий. Одним из основных недостатков данного способа является ограничение по достигаемой микротвердости в приповерхностных слоях. Начиная с некоторых значений микротвердости, которые для каждого материала свои, напряжения, возникающие в приповерхностных слоях, столь велики, что прочности материала не хватает, и он разрушается либо самопроизвольно, либо при нагружении.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу ионной имплантации является способ, при котором поверхность обрабатываемой детали подвергается воздействию пучка ионов меди с дозой (1-5)·1017 ион/см2 (Овчинников В.В., Козлов Д.А., Якутина С.В. Исследование свойств поверхности стали 30ХГСН2А после имплантации ионами меди. / Машиностроение и инженерное образование. 2009. №2. С.7-13).
Недостатком прототипа является ограниченное увеличение усталостной прочности и износостойкости обработанной поверхности деталей. Увеличение дозы имплантирования ионов меди приводит к росту длительности обработки при постоянстве значения усталости обработанной стали и появлению задиров на имплантированной поверхности.
Предлагаемый способ ионной имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца обеспечивает повышение усталостной прочности при низких значениях коэффициента трения скольжения.
Технический результат, на достижение которого направлен заявляемый способ, обеспечивается одновременной имплантацией ионов меди и свинца, осуществляют совместную имплантации ионов меди и свинца, катод изготавливают из бинарного сплава меди и свинца, содержание свинца в котором составляет 25-45%, дозу (флюенс) имплантации выбирают в пределах (1-2,5)×1017 ион/см2, причем с увеличением содержания свинца флюенс снижают пределах рабочего диапазона.
Выполнение совместной имплантации ионами с большой массой (свинец) в сочетании с ионами (медь), близкими по массе к основе мишени (железо), позволяет создавать большое количество радиационных дефектов, по которым ионы меди проникают вглубь мишени. С помощью метода вторичной масс-спектрометрии установлено, что при одновременной имплантации ионов меди и свинца при дозе 1,5·1017 ион/см2 глубина проникновения ионов меди в обрабатываемую сталь в 4 раза превышает глубину проникновения ионов меди при облучении ими стали при одинаковой дозе.
На глубину проникновения ионов и свойства имплантированного слоя оказывает влияние материал, из которого выполнен катод установки для имплантирования. Содержание свинца в материале катода выбирают в пределах 25-45%. При содержании свинца менее 25% наблюдается снижение глубины проникновения ионов меди в мишень, усталостной прочности облученных образцов. Увеличение содержания свинца в материале катода более 45% сопровождается увеличением усталостной прочности облученных образцов, которое сопровождается резким ростом значений коэффициента трения.
Значение дозы, при которой достигается оптимальное сочетание высокой усталостной прочности и низкого коэффициента трения при одновременной имплантации ионов меди и свинца в сталь, уменьшается с 2,5×1017 ион/см2 при содержании свинца 25% до 1×1017 ион/см2 при содержании свинца 45%.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Вакуумную камеру, в которой расположен источник ионов, откачивают до давления 10-3 Па. Производят ионную очистку изделия с помощью ионного источника. При этом энергия ионов не превышает 10…15 кэВ. Затем повышают энергию ионов до 40 кэВ, одновременно имплантируют ионы меди и свинца с дозой (1-2,5)×1017 ион/см2, осуществляя формирование поверхностного слоя.
Образцы стали 30ХГСН2А в исходном состоянии и после имплантирования были подвергнуты испытаниям на усталость. Кроме того, на образцах в виде втулок диаметром 12 мм по величине момента страгивания определяли коэффициент трения скольжения. Полученные результаты представлены в таблице.
№ п/п | Состав материала катода | Доза имплантации (флюенс), ион/см2 | Усталость, кцикл. при σ=300 МПа при частоте 22,5 Гц | Коэффициент трения |
1 | Контрольный образец без имплантации | 87,2 | 0,14 | |
2 | 100% Cu | 1,5·1017 | 92,4 | 0,10 |
3 | 77% Cu+23% Pb | 1,5·1017 | 117,8 | 0,11 |
4 | 75% Cu+25% Pb | 1,5·1017 | 145,2 | 0,11 |
5 | 64% Cu+36% Pb | 1,5·1017 | 148,5 | 0,12 |
6 | 55% Cu+45% Pb | 1,5·1017 | 149,4 | 0,12 |
7 | 50% Cu+50% Pb | 1,5·1017 | 149,7 | 0,17 |
8 | 64% Cu+36% Pb | 0,8·1017 | 129,2 | 0,11 |
9 | 64% Cu+36% Pb | 1·1017 | 138,7 | 0,11 |
10 | 64% Cu+36% Pb | 1,5·1017 | 148,5 | 0,12 |
11 | 64% Cu+36% Pb | 2·1017 | 149,2 | 0,12 |
12 | 64% Cu+36% Pb | 2,5·1017 | 149,9 | 0,12 |
13 | 64% Cu+36% Pb | 3·1017 | 148,3 | 0,15 |
14 | 75% Cu+25% Pb | 2,5·1017 | 149,2 | 0,11 |
15 | 64% Cu+36% Pb | 1,5·101 7 | 149,4 | 0,11 |
16 | 55% Cu+45% Pb | 1·1017 | 149,4 | 0,11 |
Claims (1)
- Способ имплантации конструкционной углеродистой стали, при котором в поверхность стали имплантируют ионы меди и свинца, отличающийся тем, что осуществляют совместную имплантации ионов меди и свинца, катод изготавливают из бинарного сплава меди и свинца, содержание свинца в котором составляет 25-45%, дозу (флюенс) имплантации выбирают в пределах диапазона (1-2,5)·1017 ион/см2, причем с увеличением содержания свинца флюенс снижают в пределах указанного рабочего диапазона.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011104858/02A RU2458182C1 (ru) | 2011-02-11 | 2011-02-11 | Способ имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011104858/02A RU2458182C1 (ru) | 2011-02-11 | 2011-02-11 | Способ имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2458182C1 true RU2458182C1 (ru) | 2012-08-10 |
Family
ID=46849631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011104858/02A RU2458182C1 (ru) | 2011-02-11 | 2011-02-11 | Способ имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2458182C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501886C1 (ru) * | 2012-09-19 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Катод установки для ионной имплантации |
RU2529337C1 (ru) * | 2013-07-26 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали |
RU2581536C1 (ru) * | 2014-12-16 | 2016-04-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали |
RU2637189C1 (ru) * | 2016-08-10 | 2017-11-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | Способ ионной имплантации поверхностей детали из конструкционной стали |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993001895A1 (en) * | 1991-07-16 | 1993-02-04 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method of inhibiting tin whisker growth |
RU2068459C1 (ru) * | 1991-06-03 | 1996-10-27 | Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения | Способ обработки поверхности изделий из стали и сплавов на основе меди |
-
2011
- 2011-02-11 RU RU2011104858/02A patent/RU2458182C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2068459C1 (ru) * | 1991-06-03 | 1996-10-27 | Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения | Способ обработки поверхности изделий из стали и сплавов на основе меди |
WO1993001895A1 (en) * | 1991-07-16 | 1993-02-04 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method of inhibiting tin whisker growth |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Овчинников В.В. и др. Влияние имплантирования ионов меди и свинца на свойства стали 30ХГСН2А. / Машиностроение и инженерное образование, 2010, №4, с.38-45. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501886C1 (ru) * | 2012-09-19 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Катод установки для ионной имплантации |
RU2529337C1 (ru) * | 2013-07-26 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали |
RU2581536C1 (ru) * | 2014-12-16 | 2016-04-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали |
RU2637189C1 (ru) * | 2016-08-10 | 2017-11-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | Способ ионной имплантации поверхностей детали из конструкционной стали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2458182C1 (ru) | Способ имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца | |
DK1735166T3 (da) | Materialer, der kan behandles ved hjælp af partikelstrålebehandlingsapparat, fremgangsmåde til fremstilling og emballage | |
RU2581536C1 (ru) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали | |
RU2590433C1 (ru) | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов | |
JPS58181864A (ja) | 表面処理方法 | |
RU2509174C1 (ru) | Способ имплантации ионами газов металлов и сплавов | |
RU2465373C1 (ru) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали | |
RU2501886C1 (ru) | Катод установки для ионной имплантации | |
RU2430991C1 (ru) | Способ ионной имплантации поверхности деталей из стали 30хгсн2а | |
JP6086886B2 (ja) | 金型の強化方法および強化金型 | |
RU2470091C1 (ru) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из титановых сплавов | |
RU2117073C1 (ru) | Способ модификации поверхности титановых сплавов | |
RU2625864C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле | |
RU2529337C1 (ru) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали | |
Teh et al. | A Study on the Surface Hardness Obtained by Nitriding with a Plasma Focus Machine | |
RU2611003C1 (ru) | Способ ионного азотирования титановых сплавов | |
RU2662518C2 (ru) | Способ создания макронеоднородной структуры на поверхности материалов | |
RU2585149C1 (ru) | Способ имплантации ионами азота поверхностей деталей из конструкционной стали | |
RU2559606C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
RU155002U1 (ru) | Катод для ионной имплантации поверхности деталей из конструкционных материалов | |
RU2605029C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из титана | |
RU2482218C1 (ru) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали | |
RU2664106C2 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей | |
RU2606352C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из сплава на основе титана | |
RU2442843C1 (ru) | Способ ионной имплантации конструкционной стали ионами меди и свинца |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160212 |