RU2590439C1 - Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда - Google Patents
Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590439C1 RU2590439C1 RU2015103491/02A RU2015103491A RU2590439C1 RU 2590439 C1 RU2590439 C1 RU 2590439C1 RU 2015103491/02 A RU2015103491/02 A RU 2015103491/02A RU 2015103491 A RU2015103491 A RU 2015103491A RU 2590439 C1 RU2590439 C1 RU 2590439C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glow discharge
- plasma
- nitriding
- vacuum chamber
- pure nitrogen
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента. Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда включает размещение изделия в вакуумной камере и присоединение изделия к высоковольтному источнику питания, герметизацию вакуумной камеры и создание в ней высокого вакуума с последующей заменой на атмосферу чистого азота, получение стабильной плазмы тлеющего разряда в атмосфере чистого азота с помощью высоковольтного источника питания и потока электронов от вольфрамовой нити накала, установленной параллельно оси вакуумной камеры, который создают нагревом нити накала до температуры 2000-2500°С. Получают плазму тлеющего разряда повышенной плотности в атмосфере чистого азота путем воздействия на поток электронов и ионов электромагнитным полем с использованием кольцевых электромагнитов, обеспечивающих электронам и ионам движение по винтовым траекториям переменного радиуса. Для осуществления нагрева изделий до температуры азотирования в упомянутой плазме тлеющего разряда повышенной плотности на подложку с изделиями подают напряжение 2000 В, затем уменьшают напряжение на подложке до 1800-1500 В для поддержания постоянной температуры азотирования, при этом обеспечивают плотность тока разряда равной 104 А/м2, при которой азотирование проводят в течение 2-3 часов. Обеспечивается повышение скорости азотирования, а также микротвердости и износостойкости азотированного покрытия. 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента.
Известен способ (Патент РФ №2418095, Кл. С23С 8/36. 10.11.2011) азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающий проведение вакуумного нагрева изделий в плазме азота повышенной плотности, при этом плазму азота повышенной плотности создают тороидальной области движения электронов, образованной скрещенными электрическими и магнитными полями, причем под действием магнитного поля, создаваемого двумя цилиндрическими магнитами, один из которых полый, электроны движутся по циклоидным замкнутым траекториям.
Недостатком аналога является необходимость использования при азотировании смеси азота с другими газами, невысокая скорость диффузионного насыщения, невысокая микротвердость получаемого покрытия и невозможность азотирования отверстий, диаметр которых меньше двойной области катодного падения потенциала в самостоятельном тлеющем разряде.
Известен способ (Патент SU №1373326, Кл. С23С 8/36. 07.02.1988) азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающий нагрев изделия-катода, помещенного в рабочую камеру-анод, в азотводородной плазме до 450-580°С и последующую выдержку при этой температуре, азотирование и повышение микротвердости диффузионного слоя, азотирование осуществляют при давлении 0,13-13,3 Па, при этом в процессе обработки производят дополнительную ионизацию плазмы тлеющего разряда путем нагрева спирали, присоединенной к отдельному отрицательному электроду с потенциалом, до 200 В относительно рабочей камеры (анода).
Недостатком аналога является невысокая скорость азотирования и относительно невысокая микротвердость получаемого покрытия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ (Патент №2402632, Кл. С23С 8/36. 27.10.2010) локального азотирования деталей в плазме тлеющего разряда, включающий размещение детали в вакуумной камере и присоединение детали к высокочастотному источнику питания, герметизацию вакуумной камеры и создание в ней высокого вакуума с последующей заменой на атмосферу чистого азота, получение стабильной плазмы тлеющего разряда в атмосфере чистого азота с помощью высоковольтного источника питания и потока электронов от вольфрамовой нити канала, установленной параллельно оси вакуумной камеры, который создают нагревом нити канала до температуры 2000-2500°С, при этом поток электронов сжимают электромагнитным полем с образованием плазмы тлеющего разряда в виде диска.
Недостатком прототипа является относительно невысокая скорость азотирования и относительно невысокая микротвердость получаемого диффузионного покрытия.
Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости деталей в результате азотирования и снижение энергозатрат.
Техническим результатом является повышение микротвердости азотированного покрытия и повышение скорости азотирования.
Технический результат достигается тем, что способ азотирования изделий из стали в плазме тлеющего разряда, включающий размещение изделия в вакуумной камере и присоединение изделия к высоковольтному источнику питания, герметизацию вакуумной камеры и создание в ней высокого вакуума с последующей заменой на атмосферу чистого азота, получение стабильной плазмы тлеющего разряда в атмосфере чистого азота с помощью высоковольтного источника питания и потока электронов от вольфрамовой нити канала, установленной параллельно оси вакуумной камеры, который создают нагревом нити канала до температуры 2000-2500°С, при этом на подложке с изделием получают плазму тлеющего разряда повышенной плотности в атмосфере чистого азота путем воздействия на поток электронов и ионов электромагнитным полем с использованием кольцевых электромагнитов, обеспечивающих их движение по винтовым траекториям переменного радиуса, при этом для осуществления нагрева изделия до температуры азотирования 2000-2500°С в упомянутой плазме тлеющего разряда повышенной плотности на подложку с изделием подают напряжение 2000 В, затем уменьшают напряжение на подложке до 1800-1500 В для поддержания постоянной температуры азотирования, при этом обеспечивают плотность тока разряда равной 104 А/м2, при которой азотирование проводят в течение 2-3 часов.
Наличие магнитного поля, созданного кольцевым магнитом на вблизи обрабатываемом изделии, заставляет электроны и ионы двигаться по винтовым траекториям переменного радиуса (Движение зараженных частиц в электрических и магнитных полях. Л.А. Арцимович, С.Ю. Лукьянов. Учебное пособие. Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М., 1972, с. 55), что увеличивает их путь в разряде, число соударений с нейтральными атомами азота и количество положительно ионизированного атомарного азота. Увеличение числа положительных ионов атомарного азота приводит к возрастанию азотного потенциала насыщающей атмосферы и, как следствие, к интенсификации процесса азотирования и увеличению толщины азотированного слоя (Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активированных газовых средах. - М.: Машиностроение, 1979. С. 115).
Азотированный слой состоит из поверхностной нитридной зоны и подслоя твердого раствора, называемого зоной внутреннего азотирования. Нитридная зона представляет собой зону соединений азота с различными элементами (железом, хромом, титаном и т.д.) и обладает более высокой твердостью и износостойкостью по сравнению с зоной внутреннего азотирования. Общее увеличение толщины азотированного слоя приводит к увеличению и нитридной зоны, вследствие чего увеличивается микротвердость и износостойкость азотированного слоя (Химико-термическая обработка металлов. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. М.: Металлургия, 1985. 1.145, 154, 158, 161).
На фиг. 1 изображена схема реализации способа азотирования изделий из стали в плазме тлеющего разряда.
Схема содержит вакуумную камеру 1, нить канала 2, обрабатываемое изделие 3, подложку 4, кольцевые электромагниты 5 и 6, высоковольтный ввод 7, выпрямитель 8, низковольтный источник питания 9 нити канала 2, источники питания 10 и 11 электромагнитов 5 и 6, высоковольтный выпрямитель 12.
Пример конкретной реализации способа.
Обрабатываемое изделие 3 помещают в вакуумную камеру 1 и присоединяют к высоковольтному источнику питания 12 через высоковольтный ввод 7. После размещения обрабатываемого изделия вакуумная камера 1 герметизируется и в ней создается высокий вакуум (примерно 1,33·10-2 Па). Затем в вакуумную камеру 1 напускают чистый азот, создавая рабочее давление 0,8 Па. Включают источники питания 10 и 11 кольцевых магнитов 5 и 6 (создав напряженность магнитного поля внутри которых 200-2400 А/м), выпрямитель 8, установив выходное напряжение 300 В, и низковольтный источник питания 9 нити канала 2, разогревают нить канала 2 до 2000-2500°С. Подают на подложку 4 с изделием 3 высокое напряжение 2000 В от высоковольтного выпрямителя 12. В возникшем стабильном тлеющем разряде нагревают обрабатываемое изделие 3 до температуры азотирования (570°С для стали 08Х18Н10Т). Уменьшают напряжение на подложке 4 до 1800-1500 В и изменяют напряжение выпрямителя 8 до величины, обеспечивающей поддержание постоянной температуры азотирования. При плотности тока разряда через обрабатываемое изделие 3, равной 104 А/м2, время азотирования составляет 2-3 часа.
Предлагаемый способ азотирования позволяет:
- сэкономить электроэнергию за счет сокращения времени азотирования,
- увеличить толщину азотированного слоя за счет повышения азотного потенциала насыщающей атмосферы,
- повысить микротвердость и износостойкость азотированного слоя,
- азотировать в атмосфере чистого азота (отпадает необходимость в газосмесительных системах, улучшается экология процесса).
Claims (1)
- Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда, включающий размещение изделия в вакуумной камере и присоединение изделия к высоковольтному источнику питания, герметизацию вакуумной камеры и создание в ней высокого вакуума с последующей заменой на атмосферу чистого азота, получение стабильной плазмы тлеющего разряда в атмосфере чистого азота с помощью высоковольтного источника питания и потока электронов от вольфрамовой нити накала, установленной параллельно оси вакуумной камеры, который создают нагревом нити накала до температуры 2000-2500°С, отличающийся тем, что получают плазму тлеющего разряда повышенной плотности в атмосфере чистого азота путем воздействия на поток электронов и ионов электромагнитным полем с использованием кольцевых электромагнитов, обеспечивающих электронам и ионам движение по винтовым траекториям переменного радиуса, при этом для осуществления нагрева изделий до температуры азотирования в упомянутой плазме тлеющего разряда повышенной плотности на подложку с изделиями подают напряжение 2000 В, затем уменьшают напряжение на подложке до 1800-1500 В для поддержания постоянной температуры азотирования, при этом обеспечивают плотность тока разряда равной 104 А/м2, при которой азотирование проводят в течение 2-3 часов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103491/02A RU2590439C1 (ru) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103491/02A RU2590439C1 (ru) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2590439C1 true RU2590439C1 (ru) | 2016-07-10 |
Family
ID=56371849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015103491/02A RU2590439C1 (ru) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2590439C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711067C1 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-01-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях |
| RU2760309C1 (ru) * | 2020-11-20 | 2021-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | Способ ионного азотирования изделий из конструкционных легированных сталей |
| CN115927999A (zh) * | 2022-11-03 | 2023-04-07 | 北京佳锐恒盛新材料科技有限公司 | 一种螺旋波等离子体渗氮方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5334264A (en) * | 1992-06-30 | 1994-08-02 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Titanium plasma nitriding intensified by thermionic emission source |
| RU2039845C1 (ru) * | 1992-07-08 | 1995-07-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Способ вакуумной обработки внутренней поверхности труб |
| RU2402632C2 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Способ локального азотирования металлической детали в плазме тлеющего разряда |
| RU2409700C1 (ru) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ азотирования в плазме тлеющего разряда |
-
2015
- 2015-02-03 RU RU2015103491/02A patent/RU2590439C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5334264A (en) * | 1992-06-30 | 1994-08-02 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Titanium plasma nitriding intensified by thermionic emission source |
| RU2039845C1 (ru) * | 1992-07-08 | 1995-07-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Способ вакуумной обработки внутренней поверхности труб |
| RU2402632C2 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Способ локального азотирования металлической детали в плазме тлеющего разряда |
| RU2409700C1 (ru) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ азотирования в плазме тлеющего разряда |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Арцимович Л.А. и др. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях, Наука, М., 1972, с.106-108. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711067C1 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-01-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях |
| RU2760309C1 (ru) * | 2020-11-20 | 2021-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | Способ ионного азотирования изделий из конструкционных легированных сталей |
| CN115927999A (zh) * | 2022-11-03 | 2023-04-07 | 北京佳锐恒盛新材料科技有限公司 | 一种螺旋波等离子体渗氮方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2590439C1 (ru) | Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда | |
| Koval et al. | Generation of low-temperature gas discharge plasma in large vacuum volumes for plasma chemical processes | |
| Georges et al. | Active screen plasma nitriding | |
| Lei et al. | Plasma-based low-energy ion implantation for low-temperature surface engineering | |
| US20200123645A1 (en) | Plasma Process and Reactor for the Thermochemical Treatment of the Surface of Metallic Pieces | |
| RU2413033C2 (ru) | Способ плазменного азотирования изделия из стали или из цветного сплава | |
| RU2654161C1 (ru) | Способ локального ионного азотирования стальных изделий в тлеющем разряде с магнитным полем | |
| Tian et al. | Hybrid processes based on plasma immersion ion implantation: a brief review | |
| RU2418095C2 (ru) | Способ вакуумного ионно-плазменного азотирования изделий из стали | |
| RU2625864C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле | |
| RU2640703C2 (ru) | Способ локальной обработки стального изделия при ионном азотировании в магнитном поле | |
| Lebrun | Plasma-assisted processes for surface hardening of stainless steel | |
| CN113604774B (zh) | 离子氮碳共渗磁场辅助设备、处理系统及方法 | |
| RU2402632C2 (ru) | Способ локального азотирования металлической детали в плазме тлеющего разряда | |
| US3616383A (en) | Method of ionitriding objects made of high-alloyed particularly stainless iron and steel | |
| Ostroverkhov et al. | Non-self-sustained low-pressure glow discharge for nitriding steels and alloys | |
| RU2656191C1 (ru) | Устройство для обработки изделия из стали в плазме тлеющего разряда | |
| RU2711067C1 (ru) | Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях | |
| RU2478141C2 (ru) | Способ модификации поверхности материала плазменной обработкой | |
| Lopatin et al. | Arc discharges operation in “elion” mode | |
| Wang et al. | Improvement of the wear and corrosion resistance of oil pump materials using plasma immersion ion implantation | |
| Pillaca et al. | Experiments on plasma immersion ion implantation inside conducting tubes embedded in an external magnetic field | |
| RU2777796C1 (ru) | Устройство для азотирования в разряде | |
| Fietzke et al. | Ionized sputtering with a pulsed hollow cathode magnetron | |
| RU2116707C1 (ru) | Устройство для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170204 |