Способ нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов

1. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, включающий ионную очистку поверхности с последующим нанесением износостойкого покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения микротвердости и износостойкости изделия, очистку проводят облучением изделия ионным пучком с плотностью мощности более 7 10⁶ Вт/см², а после нанесения покрытия изделие дополнительно облучают ионным пучком с плотностью мощности (0,3 - 6) 10⁶ Вт/см², причем длительность облучения до и после нанесения покрытия выбирают равной 60 - 100 нс.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное облучение изделий из металлов, легких сплавов и сталей проводят ионным пучком с плотностью мощности (0,2 - 2,5) 10⁶ Вт/см².
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное облучение изделий из твердых сплавов проводят ионным пучком с плотностью мощности (2,5 - 6,0) 10⁶ Вт/см².

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение для повышения износостойкости и микротвердости изделий, например режущего инструмента.
Целью изобретения является повышение микротвердости и износостойкости изделий.
Способ осуществляется следующим образом. Обрабатываемый образец помещают в специальный бокс ускорителя при техническом вакууме 10^-4 торр и облучают мощным ионным пучком (МИП) с энергией Е = 250-400 кэВ, плотностью тока j 60- -250 А/см² длительностью = 75-80 нс. Такие параметры пучка соответствуют плотности мощности, превышающей 7х10 Вт/см². Такая плотность достаточна для того, чтобы испарилась поверхность образца на глубину до 1 мкм. При испарении происходит очистка поверхности изделий от окалины, ржавчины, окислов и прочих загрязнений и на ней образуется шероховатость, достаточная для хорошей адгезии наносимого затем покрытия. Кроме того, в результате испарения слоя толщиной 0,1-0,5 мкм за очень короткое время (длительность импульса 80 нс) в образце возникает ударная волна с механическим давлением не менее 4х10⁵ бар). Под воздействием этой волны в глубине образца происходит измельчение зерен, появление дислокаций и поверхностное упрочнение изделия.
Таким образом, операция ионной очистки поверхности ионным облучением упрочняет изделие под очищаемым слоем, улучшает его структуру и создает шероховатую поверхность. Значительно повышать плотность мощности над пороговой (7х10⁶ Вт/см²) нецелесообразно, так как при этом увеличиваются энергетические затраты на обработку.
Следующая операция - нанесение износостойкого покрытия - может проводиться любым из известных методов, например, плазменным втиранием порошка, химическим осаждением.
После нанесения покрытия образцы вновь облучают МИП с минимальной плотностью мощности не менее 0,3х10⁶ Вт/см², с которой начинается ионное перемешивание в расплаве для сравнительно легкоплаких металлов сплавов и сталей при плотности мощности более 6х10⁶ Вт/см² начинается испарение изделия на глубину, соизмеримую с длиной пробега ионов даже тугоплавких твердых сплавов. Обработку металлов, легких сплавов и сталей целесообразно проводить в диапазоне плотности мощности (0,3 10⁶ - 2,5 10⁶) Вт/см², а твердых сплавов - (2,5 10⁶ - 6 10⁶) Вт/см².
При этом на поверхности изделия происходит ионное перемешивание в расплаве глубиной приблизительно равной длине пробега ионов, а затем при прекращении облучения - охлаждение поверхностного слоя со скоростью более 10⁸ К/с. В результате этого на поверхности изделия образуется слой стеклообразного материала с высокими износостойкими характеристиками. За ним следует слой с высокой плотностью дислокаций, меньшими размерами зерен и межфазных границ, чем у исходного (необлученного) сплава и металла. Данная модификация слоя металла или сплава простирается на глубину до 180 мкм.
Сорт ионов при обработке изделия в предлагаемых диапазонах плотности мощности не влияет на микротвердость и износостойкость изделия, т.к. концентрация внесенных примесей на 1-2 порядка меньше примесей покрытия и изделия.
П р и м е р. Изделия из твердых сплавов Т14 K8 и ВК-8, а также из быстрорежущей стали Р6М5 подвергают предварительному облучению ионами углерода на ускорителе "Тонус" при плотности мощности на изделии (7,1-8,0) 10 Вт/см² в вакууме 10^-4 мм рт.ст. Затем на облученную поверхность изделия наносят покрытие из B, N₂C, TiC+NC толщиной 0,5-8 мкм. После нанесения покрытия изделие повторно облучают ионами углерода при плотности мощности (0,37-6,0) 10⁶ Вт/см².
Параметры ионного пучка углерода составляют: энергия 0,2-0,6 МэВ, длительность импульса - 60-100 нс, плотность тока 10-250 А/см².
Износостойкость изделия определяют по износу режущей кромки, измерение микротвердости - на приборе ПМТ-3 с нагрузками 50, 25, 20 мг.
Результаты сравнительных испытаний изделий с покрытием, без покрытия и облученных ионным пучком приведены в таблице.
Сравнительные испытания показали, что для изделий из металлов и сплавов облучение изделия МИП перед нанесением износостойкого покрытия и после него позволяет повысить износостойкость по сравнению с необлученными изделиями с покрытием в 1,8-3,1 раза, а микротвердость - в 2,0 раза.
Изобретение относится к области машиностроения и служит для повышения микротвердости и износостойкости изделия. Образец облучают мощным ионным пучком с энергией E = (250 - 400) кэВ, плотностью тока j 160-250/A/cм² и длительностью = (60-100) нс в вакууме 10^-4 торр , что соответствует плотности мощности, превышающей 4 10⁶ Вт/см² . На очищенный таким образом образец наносят износостойкое покрытие, например, плазменным методом, затем его вновь облучают мощным ионным пучком с плотностью мощности (0,3-6) 10⁶ Вт/см² в течение 60 - 100 нс. В случае использования для образцов металлов, легких сплавов и сталей плотность мощности составляет (0,3-2,5) 10⁶ Вт/см² , для твердых сплавов - (2,5-6,0) 10⁶ Вт/см² . 2 з.п. ф-лы. 1 табл.