Упрочнение конденсацией металла с мойной бомбардировкой

В основе упрочнения поверхностей деталей конденсацией металла с ион­ной бомбардировкой лежит распыле­ние вещества при помощи низковольт­ной дуги постоянного тока в вакууме с контролируемым напуском легиру­ющих газов. Для распыления вещества мишень бомбардируют быстрыми частицами (обычно положительными ионами газа — ионное распыление), в результате чего с поверхности мишени выбиваются атомы, осаждаю­щиеся на расположенные вблизи по­верхности.

В наиболее простом случае ионное распыление осуществляют в тлею­щем разряде при помощи двойной схемы. В этой схеме мишень из рас­пыляемого металла — катод, на ко­торый подается потенциал в несколь­ко киловольт, а держатель подлож­ки — заземленный анод. При нали­чии ионизирующего газа и при высо­ком напряжении между электродами возникает автоэлектронная эмиссия с катода, и в межэлектродном про­странстве зажигается самостоятель­ный разряд. В рассмотренном случае в процессе ионного распыления катод выполняет две функции: является источником электронов, что поддержи­вает процесс существования тлеюще­го разряда, и источником распыляе­мого материала, наносимого на де­таль.

В качестве катода могут использо­ваться любые электропроводящие материалы. Для получения химиче­ских соединений (нитридов, карби­дов) в камеру установки для нанесе­ния покрытий подают легирующий газ. В результате высокой температу­ры катодного пятна вакуумной дуги эффективно испаряются любые ка­тодные материалы (вольфрам, тан­тал, молибден, ниобий, графит). Вве­дение в вакуумную камеру легирую­щего газа и ионизация его в разряде позволяют создать плазменные пуч­ки с регулируемым содержанием различных компонентов.

Ионное состояние вещества вблизи поверхности образца (детали) акти­визирует реакции взаимодействия, что позволяет получать покрытия с Высокими физико-механическими свойствами (сверхтвердые, износостойкие и др.). Регулированием со­става и энергии ионного пучка, фор­мируемого из плазменной струи, можно направленно изменять фазо­вый состав, структуру и свойства по­крытий. Ускоренные ионные пучки большой: плотности дают возмож­ность осуществлять высокоэффек­тивную начальную очистку поверхности образца (детали) распылением, обеспечивающим высокую адгезию покрытия,

Одной из наиболее важных обла­стей применения покрытий, получае­мых путем конденсации металла с ионной бомбардировкой, является создание износостойких слоев. Нане­сением покрытий на основе нитридов титана и молибдена упрочняют инст­рументы из твердых сплавов, быстро­режущих и инструментальных ста­лей.

Таблица 9.6. Повышение стойкости режущего инструмента при нанесении износостойкого покрытия (нитрида титана) конденсацией с ионной бомбардировкой

При этом значительно повыша­ется их стойкость, предотвращается диффузионный износ и увеличивает­ся стойкость к воздействию кислот (табл. 9.6).

Установка для упрочнения поверх­ностей деталей конденсацией метал­ла с ионной бомбардировкой (рис. 9.13) состоит из камеры 4, представ­ляющей собой цилиндрический со­суд. Ось камеры расположена гори­зонтально. На обоих торцах камеры на петлях крепятся крышки. В ниж­ней части камера имеет четыре крон­штейна. В кронштейнах крепятся ус­тановочные винты, при помощи кото­рых камера выставляется в необхо­димом положении.

В корпусе камеры и крышки при­паяны медные трубки, соединенные с системой водяного охлаждения 12. В верхней части камеры расположен катодный узел, включающий в себя фокусирующую катушку 1, катод 2 и поджигающий электрод 3. Катод представляет собой монолитный цилиндр, на испаряемом торце которого имеется буртик высотой 2 мм, пре­пятствующий уходу катодного пятна при горении дуги на боковую поверх­ность цилиндра. Вакуумное уплотне­ние катодного узла осуществляется двумя втулками, резиновым уплотни­телем и гайкой. Втулки и уплотнитель электрически изолируют катод­ный узел от корпуса.

Внутри камеры расположена под­ложка 5, на которую устанавливают упрочняемые детали. Необходимое давление в камере на всех режимах обеспечивается вакуумной системой, включающей в себя высоковакуум­ный агрегат 8, азотную 6 и водяную 7 ловушки, нагреватель 9, форвакуумный насос 10 и систему измерения ва­куума 11 (или 12 измерения водяного охлаждения).