Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

(54) СПОСОБ ХИМИКОРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ тельн обилес едлецкий, А ,Ю.Демина ка; сер, Ма ТЕРМИЧЕС И СПЛАВО.Рябы ериа ЙО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОспАтент сссР) Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности к способам получения карбидных и боридных покрытий на металлах и сплавах,Среди многообразия способов получения карбидных и боридных покрытий на металлах и сплавах наиболее перспективными являются способы осаждения из газовой фазы в тлеющем разряде (1, Высокотемпературная цементация в тлеющем разряде метановой плазмы. ОгцЬе ЧУ 11 ов 1., бау ЛасК ОНте-гате сагЬцг)г 1 пд и а 91 оьчдзс)агде вейапе разва, Меса 1 цгдса Тгапзастопз", 1978, А 9, й 10, 1421 - 1429; 2. Ионное борирование. Юеггсоп Т., ВодасК 1 .1 КагрпзК Т. оп Ьогднм 1 гов Фе чевропт о 1 тле аррКеб дазеоц вебцв. "Неат Тгеатвепт Мета 3". 198). 7, Ч 3, 65), .Эти способы отличаются высокой технологичностью, высокой производительностьк), возможностью получать покрытия с минимальным содержанием газовь 1 х примесей. Кроме того, при обработке в тлеющем разряде возможна предварительная ионная(57) Сущность изобретения: металлы и сплавы подвергают насыщению в тлеющем разряде постоянного тока путем выдержки в атмосфере, полученной пропусканием паров четыреххлористого углерода через засыпку из аморфного бора, нагретую до 500-900" С, причем температуру выбирают иэ соотнощения: КВ=0,1 Т(0 С) - 45, Кс=95 - 0,1 Т(С), где КВ (Кс) - заданный атомный процент содержания бора (углерода) в получаемом слое.1 табл,я от загрязне- "Однако в большинстве случаев при цементации в качестве углеродсодержащего газа используют метан, что требует высокой температуры процесса, а при борировании . а - смесь хлорида бора и водорода, что ведет. ск опасности насыщения поверхности изделия водородом, а также к вэрывоопасности, процесса. Эти факторы существенно сдер- ф живают промышленное освоение данных способов обработки. 100Более перспективным является способ Я осаждения боридных и карбидных покрытий в тлеющем разряде с использованием четыреххлористого углерода - ССл ГДемин Ю.Н. Использование карбидных и боридных слоев в качестве барьерных для замедления взаимной диффузии между тугоплавкими.металлами, Электронная техника, сер,: Материалы, 1984, вып, 8, с, 13-16 - прототип), В этом способе для формирования карбидных покрытий используют непосредственно пары СС 14, которые очистка поверхности изделиний.диссоциируют на углерод и хлор при температуре.выше 500" С, Формирование же рабочей среды из хлоридов бора,необходимых для образования необходимых покрытий, ведут пропусканием паров 5СС 14 через засыпку иэ аморфного бора. нагретую до температуры выше 900 С.В этих условиях СС 4 полностью диссоциирует в зоне, где расположен бор, а такжеосвободившийся хлор, взаимодействуя с 10бором, образует хлорид последнего - ВС 1 з,термическая диссоциация которого на иэделии позволяет формировать боридные покрытия,Рассмотренный способ, однако, не позволяет осаждать комплексные карбоборидные покрытия, содержание углерода ибора в которых можно было бы изменять вшироких пределах,Целью данного изобретения является 20получение комплексных карбоборидных покрытий с заданной концентрацией углерода и бора, Поставленная цель достигаетсятем, что обработку поверхности в тлеющемразряде осуществляют в рабочей газовой 25среде, содержащей одновременно хлоридыуглерода - СС 14 и бора - ВОз, причем данную среду получают пропусканием паровСО 4 через засыпку из аморфного бора нагретую до температуры 500 - 900 С, В данном интервале температуры СС 14 частичнодиссоциирует на углерод и хлор. Неразложившаяся часть СС 14 является поставщикомуглерода в покрытие. Таким образом, изменение температуры питателя в указанном "интервале, дает возможность изменять соотношение компонентов газовой среды (СС 14 и ВСз), а, следовательно, и соотношение углерода и бора в покрытии.Нижний предел температуры (500 С)обусловлен тем, что при более низкой температуре СО 4 не диссоциирует и полностьюпопадает в зону осаждения - формируетсякарбидное покрытие, Верхний же предел(900 С) обусловлен теи, что при более высокой температуре СС 14 полностьюдиссоциирует, не попадает в зону осаждения -формируется боридное покрытие,Реализацию предлагаемого способаможно рассмотреть на следующем примере,П р и м е р. Проводили осаждение покрытий по предлагаемому сйособу на молибденовую подложку, Режимы осаждения; температура осаждения - 1100 С, напряжение горения разряда - 1300 В, плотность тока разряда - 20 вА/см, давление газовой среды в камере - 0,5 мм рт,ствремя осаждения - 1 ч, расход СС 14 - 3 г/ч, Температуру реактора с засыпкой из аморфного бора изменяли в интервале от 450 до 950 С, Полученные результаты приведены в таблице.Фазовый состав слоя исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа (дифрактометр ДРОН,0; съемка с Со-фильтром), а содержание бора и углерода в слое определяли методом спектрального анализа.Полученные данные позволили дать количественную оценку содержания бора и углерода в Слоях при изменении температуры реактора с бором.Концентрация бора в слое:Кв(ат,%)=0,1 Т("С). - 45,в углерода:Кс(ат,%)=95-0,1 Т(С).Таким образом, применение предлагаемого способа дает возможность получать комплексные карбоборидные слои на металлах и сплавах с заданной концентрацией в них бора и углерода.Такие покрытия необходимы для эмиссионной техники, в качестве диффузионных барьеров, в качестве материала электрод- инструментов для элетроискрового легирования и т.п,Формула изобретенияСпособ химико-термической обработки металлов и сплавов, включающий насыщение поверхности в тлеющем разряде постоянного тока путем выдержки в атмосфере, полученной пропусканием паров четырех- хлористого углерода через нагретую засыпку из аморфного бора, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что, с целью получения слоя с заданной концентрацией углерода и бора, засыпку иэ аморфного бора нагревают до 500-900 С, причем температуру выбирают из соотношенийКв=0,1 Т( С) - 45;Кс=95 - 0,1 Т(о С);где Кв, Ке - заданный атомный процент содержания бора (углерода) в получаемом слое,1786182 Составитель Ю.ДеминТехред М. Моргентал Редактор А,Рожкова ректор С.Патрушева оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Заказ 233 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5