Способ поверхностного легирования титана

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК аю 4 С 23 С 14/3 ЗОБРЕТЕНИЯ1",:., .:.ИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСЙОМУ С и ГОСУДАРСТВЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Томашов Н,Д. Катодное модифицирование поверхности металлов как .метод повышения их пассивируемостии коррозионной стойкости;-Поверхность. Физика. Химия. Механика",1982, 9 2, с. 42-62,Городецкий А.Е Гусева М.И.,Томашов Н.Д., Захаров А.В.,Владимиров Б.Г., Богомолов Д.Б. Федосеева Т.А., Чернова Г.П. Форми-.рование коррозионно-защитных слоевна титане методом ионной импланта-ции палладия.-"Поверхность. Физика.Химий. Механика", 982, 9 3,с. 83-88.(54) (57) 1. СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ТИТАНА путем ионной имплантации палладия с энергией 30-40 кэВ, о т л и ч а ю щ и й с я . тем, что, с целью повышения пассивационной стойкости титана при снижении расхода палладия, перед ионной имплантацией палладия в титан имплантируют кислород.2. Способ по п. 1, о:т л и - ч а ю щ и й с я тем, что кислород плантируют с энергией 30-40 кэВ дозой 5 10 -1"1 Оф ат см.3. Способ по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ и й с я . тем, что пал- .д ладий нмплантнруют с дозой 5 10 -5 101 ат см1086827 Изобретение относится к способамобработки поверхности титана и можетбыть использовано. для улучшения пас-сивного состояния отдельных деталейв химическом аппаратостроении.Известен способ повышения пассивационной стойкости титана путемобъемного легирования его палладием. При этом расход дорогостоящегопалладия достаточно высок,Из известных технических решенийнаиболее близким к предлагаемомуявляется способ поверхностного.легирования титана путем полной имплан-тации палладия с энергией 30-40 кэВ.Доза палладия при этом составляет1 10 -5 10 ат см ф.Указанныйспособ не при всех режимах.имплантации ионов палладия создает в поверхностном слое титана та-20кое количество легирующего элемента,которое достаточно для того, чтобыв начальный момент воздействия активной среды поверхность титана былазапассивирована. Если поверхность недостаточно запассивирована,то титанрастворяется в начальный момент сбольшой скоростью, т.е. время, соответствующее устойчивости пассивногосостояния титанауменьшается.30Целью изобретения является повышение пассивационной стойкости титанапри снижении расхода палладия.Указанная цель достигается тем,что в способе поверхностного легирования титана путем ионной имплантации палладия с энергией 30-40 кэВ перед ионной имплантацией палладия втитан имплантируют кислород, причемкислород имплантируют с энергией 4030-40 кэВ и дозой 5 10" -1 10 ат см,а палладий имплантируют с дозой5 1 О -5 10ат см.Условия предварительной имплантации кислорода и последующей имплантации палладия в титан при поверхностном легировании титана предлагаемымспособом установлены экспериментально. При энергиях имплантации кислорода ниже 30 кэВ и дозах ниже505. 10" ат см ф стойкость пассивногосостояния лишь незначительно превосходит стойкость титана, легированного только палладием. При энергияхимплантации кислорода выше 40 кэВи дозах выше 1 10"8 ат см после -дующая имплантация палладия можетне обеспечить образования проводяще 2го поверхностного слоя, а отсутствие непосредственного контакта палладия с титановой основой нарушает принцип катодного легирования электроположительными металлами. При повышении дозы последующей имплантации палладия сводится на нет экономия его расхода.Последовательность операций имплантации кислорода и палладия изменять, нецелесообразно, так как это может привести к нежелательному распылению имплантированного палладия.Внедрение ионов кислорода и палладия в титановую мишень осуществляют с помощью ионного ускорителя ИЛУ-З. Для генерации ионов кислорода используют дуговой газовой .источник-зс давлением 10 тор и вытягивающим напряжением 30-40 кэВ. Ппотность тока по ионам кислорода составляет 1 мА/смф; Для генерации ионов палладия используют дуговой ионный источник. В этом источнике металлический палладий загружают в графитовый тигель, который ввертывают в дно графитовой газоразрядной камеры. Газоразряднув камеру с тиглем нагревают пропусканием черезних постоянного тока (200 А). Мощность, затрачиваемая на нагрев до темпера-туры 1600 С, необходимой для зажигания разряда в парах палладия, составляет 1,2 кВт, Плотность тока ионов палладия на мишень составляет 20 мКА см , вакуум в системе 10 мм рт.ст.П р и м е р 1. В электрополирован-. ные образцы титана, имеющие формудисков диаметром 12 мм и толщиной 1 мм, последовательно имплантируют ионы кислорода и палладия. Энергия. имплантации кислорода 40 кэВ, а доза 1 10 ат см Палладий имплантируют с той же энергией, но с дозой 10 ат см Результаты испытаний показали, что полученные образцы растворяются из пассивного состояния и активируются через 32 ч, тогда как образцы, имплантированные только палладием, активируются через 7 ч.П р и м е р 2. Проводят поверхностное легирование образцов титана, как в примере 1, но кислород имплантируют энергией 30 кэВ и дозой 10"5 ат см , а палладий - энергией 40 кэВ и дозой 5 106 ат, см . Резуль-,1086827 Корректор Е. Сирохман Редактор О. Кузнецова Техред И,Попович Заказ 1980/1 ., Тираж 878ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4таты проведенных испытаний показали, что образцы активируются через 38 чП р и м е р 3. Проводят поверхностное легирование образцов титана, как в примерах 1 и 2, но кисло род имплантируют энергией 40 кэВ и дозой 5 ф 10 ат см ф, а палладий -югэнергией 30 кэВ и дозой 510"ат см Результаты проведенных испытаний показали, что образцы активируются 0 через 28 ч.Исследование стойкости пассивного состояния образцов проводили в 20 Ж-.,ной серной кислоте при 100 С, Устойчивость пассивности образцов оценивалась временем до активации т.е. временем, через которое потенциал образца принимал значение, соответствующее активной области растворения титана.Использование предлагаемого способа поверхностного легированмя титана обеспечивает (по сравнению с существующими способами, в том чис- ле принятым эа прототип) следуЮщие преимущества:возможность повыщения.стойкости пассивного состояния титана при одинаковом содержании в нем палладин,сокращение. расхода дорогостояще- . го палладия при той же пассивируемости титана,.