Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ц С 23 С 9/00 Й 1 с,1,)Я 1 д ЦИ 1 Рнщ).фццгйия 1фиимиак ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(46) 30,09 83. Бюл. Иф 36 (72) А.Д. Соловьев, А.П. Савчук,. С,Я. Харитонский и П.Г. Яковенко (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производст" вом Института металлофизики АН Украинской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР йф 255727, йл. С 23 С 9/02, 1967.2. Авторское свидетельство СССР; Мф 633929, кл. С 23 С 9/00, 19 Щ, (5 Й)(57) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, вклю,801044667 А чающий предварительное нанесениепокрытия на поверхность изделий,нагрев до образования жидкой фазыи выдержку с наложением ультразвуковых колебаний, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения качества диффузионного слоя за счет обеэгаживания и увеличения эвтектоиднойэоны, в процессе нагрева производятдополнительную выдержку при температуре на 20-50 С ниже температурыобразования жидкой фазы и ультразвуковые колебания накладывают, начинаяс этой температуры, при этом весьпроцесс нагрева и выдержки проиэво"дят в вакууме 10 - 10 мм рт.ст,10 ййбб Изобретение относится к химико- термической обработке иэделий из металлов и сплавов и может быть использовано при изготовлении издели со специальными физическими свойст вами, работающих в вакууме, а именно в сверхвысоковакуумных системах.Известен способ нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов заключающийся в том, что в зазор между поверхностью обрабатываемой . детали и уплотненным диффундируемым слоем вводят легкоплавкий порошок металла и обработку ведут при тем- пературе выше температуры плавления. 15 вводимого порошка металла, но ниже температурплавления детали и диффундируемого слоя1 1 .Однако легкоплавкий порошок металла невозможно равномерно расположить 20 в .зазоре, если зазор имеет разветвленную внутреннюю поверхность, что приводит к неравномерности заданного распределения толщины( глубины ) диффузионной зоны. Наличие легкоплав кого порошка металла в зазоре между, обрабатываемой поверхностью и диффундируемым слоем создает промежуточный диффузионный переход, цто во многих случаях является нежелатель- ЗО ным эффектом, так как нарушаету не только заданнуюглубину, но и заданный состав диффузионной зоны. Кроме того, наличие ненадежного механического контакта между обрабатываемой поверхностью и диффундируемым слоем ,способствует неравномерному прогреву как обрабатываемой детали, так и диффундируемого слоя, что вносит дополнитеяьные технологические труд ности получения равномерной заданной толщины ( глубины )и состава диффузионной эоны.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ хими ко-термической обработки металлов и сплавов, включающий предварительное нанесение покрытия на поверхность изделий, нагрев изделий, до образования жидкой Фазы и выдержку с наложе" нием ультразвуковых колебаний 2 1 . На поверхности металлов всегда находится окисная пленка, толщина которой зависит от технологического процесса и свойств конкретного металла, Наличие окисной пленки, кото-,7 2рая находится между обрабатываемым иэделием и диффундируемым слоем, создает дополнительное препятствие для диффузионного процесса, а также. вносит соответствующие загрязнения в диффузионную зону цто приводит к нарушению заданной толщины ( глубины )и состава диффузионной эоны. При нагреве изделия из-эа отсутствия . защитной среды окисная пленка увеличи" вается по толщине и тем самым нарушается и без того ненадежный контакт между поверхностью изделия и диффундируемым слоем, что приводит к нерав. номерности прогрева этих элементов и вносит дополнительные технологические трудности получения равномерной толщины (глубины ) диффузионной зоны. Кроме того, во время термического процесса поверхность изделия, а также диффундируемый слой сорбируют различные газы и другие, вещества из окружающей среды, что отрицательно сказывается на работоспособности конкретного изделия, предназначенного для работы в условиях, где требуется максимальная чистота поверхности с низким газоотделением с поверхностей, например, в сверхвысокомвакууме.Цель изобретения - улучшение качества диффузионного слоя за счет обезгаживания.и увеличение эвтектоидной зоны. Для достижений поставленной целисогласно способу химико-термическойобработки металлов и сплавов, включа.ющему предварительное нанесениепокрытия на поверхность изделий,нагрев до образования жидкой фазыи выдержку с наложением ультразвуковых колебаний, в процессе нагревапроизводят дополнительную выдержкуапри температуре на 20-21 С ниже температуры образования жидкой фазы иультразвуковые колебания накладываютначиная с этой температуры, при этомвесь процесс нагрева и выдержки производят в высоком вакууме 10-10мм рт,ст,В результате экспериментальныхисследований установлено, что обработку изделий ультразвуком начинаютпри температуре на у 0-20 С ниже температуры плавления диффундируемогослоя и выдерживают в таком режимев течение 10-20 мин, что позволяет13 10446 производить механическое .обезгаживайие в высоком вакууме с помощью ультразвуковых колебаний.Обработку иэделий ультразвуковыми колебаниями:начинают,при тем. пературе ниже температуры образования жидкой фазы диффундируемого слоя с целью более полного обезгаживания изделия в условиях вакуума Такая очистка в процессе механичес" 10 кого,обезгаживания обрабатываемого: иэделия, произведенная непосредствен но перед дальнейшей химико-термической обработкой изделия, позволяет получить диффузионнь 1 й слой со спе . циальными Физическими свойствами. ивысокой чистотой не только на поверх-.ности изделия, в и в семой диффузионной зоне, что играет решающую рольв дальнейшей эксплуатации изделия, 20предназначенного для работы в вакуумеЗатем после выдержки при механи-. ческом обезгаживании в высокомвакууме температуру обрабатываемого 25 изделия повышают до температуры йлавления. диффундируемого слоя. Дальнейшее повышение температурь 1 и выдержкаво времени производятся в зависимос" . ти от Физических и Физико-химических. Зо свойств применяемых металлов как несыщаемого, так и диффундируемого, а также от требуемой глубины диффу" , эионной эоны.П р и и е р . Проводят химико- термическую обработку медного клада" на для сверхвысоковакуумного затвора . с условным проходом Ду 1001 Клапан изготовлен из меди марки И 1 поГОСТ. 859-78. В качестве диффундируе- . о мого слоя используют гальваницески осажденный на поверхность медного клапана слой индия, толщина которого составляет 60 мкм. Гальваническое осаждеиие индия нв поверхность Мед" ного клапана проводят в сернокиелой ванне, 8 результате гальванического осаждейия индиевое покрытие получа 67 4ется светлым, равномерным по поверх-ности, повторяющим рельеф подложки(медного клапана ), и с прочным адгезионным сцеплением с медью, что яв-ляется важным условием для дальнейшей химико-термической обработки.Подготовленное таким образом изделие помещают в вакуумную камеру,где в условиях высокого вакуума10 5 - 10"6 мм рт.ст. прогревают до130 С, т.е. на 26 С ниже температурыплавления индия (диффундируемогослоя), При выходе на данный температурный режим на изделие воздействуютультразвуковыми колебаниями в течение10 мин, т.е. производят механическоеобезгаживание в высоком вакууме спомощью ультразвуковых колебаний,Такая высокоэффективная очистка важна для получения специальных физических и физико-химических свойств изделия, так как оно предназначено дляработы в условиях высокого вакуума.Затем температуру обрабатываемогоизделия повышают до точки .плавленияиндия (156 С ), выдерживая при этомне более 5 мин, Дальнейший технологический процесс заключается в посте"пенном (.в течение 4-5 мин) повышениитемпературы до 175 С с последующейвыдержкой в течение 10 мин. При этомначиная с обезгаживания, на изделиевоздействуют ультразвуковыми коле"баниями с частотой 22 кГц. Длительность ультразвуковой обработки определяют длительностью всех вышеуказанных этапов до завершения всегопроцесса.Аналогичную обработку согласнопредлагаемому способу проводят принанесении предварительного покрытияхолодной прокаткой основного металла и наносимого, а также при нанесении предварительного покрытия испарением в вакууме.В таблице представлены результатыпосле обработки согласно предлагаемому способу и известному,1.е оХ УХа вой. в х9 (ЕУ Хаз И хш й а ее оаоВ лс еЕ О.91139 е (е ЭО а - о х1 1о о (с 1-.эхеехак(еооеоаО 1 ( С1е ж(С О.Э л9 СГБ ХДХАй йе( 11-оокЭ Хее хф Коеоо х .(110Эй ф 1 ОМ 667 Е 11-азуЕ(8 Х 1-.о йеаоокаС (Е (О Ц 1 1 о (Х У зхеЕх й ОолкЕе 39О. Хх 8 йЮ 1 9 ХСоставитель г, КлыковаРедактор С. Квятковская Техред И.КузьмаР Корректор А. Зимокосов,Заказ 7466/23 Тираж 956 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, %-35, Раушская наб., д. 4/5.филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 11 104 Ц 67 12Приведенные результаты показывают, руемого слоя ( индия ) и проведения что выбор метода .предварительного всего процесса в условиях высокого покрытия не несет в себе значитель- вакуума резко снижается газовыделеных изменений физико-механических . ние с поверхности образцов и увеличи- свойств металлов и сплавов после 5 вается глубина эвтектоидной зоны по их ХТО как по известному способу, сравнению с известным способом, что так и по предлагаемому. В реэульта- позволяет повысить эксплуатационнуе те наложения ультразвуковых колеба- стойкость и снизить величину натеканий при температуре ниже температу- ния изделий, предназначенных для ры образования жидкой фазы диффунди О работы в вакуумных системах.