СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
METHOD FOR LOW TEMPERATURE IONIC NITROGENING OF STEEL PARTS

Изобретение относится к обработке металлов посредством ультразвука и вакуумного ионно-плазменного азотирования и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из стали.
Известен способ (патент РФ №2633867, кл. С23С 8/36, 18.10.2017) азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающий проведение вакуумного нагрева изделий в плазме азота при температурах равных 450°С.
Недостатком аналога является низкая скорость протекания диффузии, обусловленная низкой температурой нагрева детали.
Известен способ (патент РФ №2415964, кл. С23С 8/36, 26.10.2009) азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, заключающееся в предварительном поверхностном локальном легировании нитридообразующими элементами при лазерном нагреве детали с нанесенной на их поверхность обмазкой и последующем низкотемпературном азотировании.
Недостатком аналога является низкая скорость протекания диффузии, обусловленная низкой температурой нагрева детали.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ (патент РФ №2664106, кл. С23С 8/38, 10.07.2018) азотирования стальных изделий, включающий катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газа. Причем сначала осуществляется поверхностная интенсивная пластическая деформация посредством ультразвуковой обработки поверхности стального изделия.
Недостатком ближайшего аналога является необходимость проводить две последовательные операции, что увеличивает общее время обработки. Помимо этого, недостатком ближайшего аналога является низкая скорость протекания диффузии, обусловленная низкой температурой нагрева детали.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение производительности ионно-плазменного азотирования, а также уменьшение энергозатрат и времени на обработку.
Технический результат - повышение производительности азотирования и уменьшение времени на обработку поверхности стальных деталей при низкотемпературном ионно-плазменном азотировании, за счет наложения ультразвуковых волн.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда, включающем катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов, согласно изобретению, нагрев изделия в плазме тлеющего разряда проводят при температуре, равной 450°С, причем одновременно на стальное изделие осуществляют воздействие ультразвуковыми волнами.
В отличие от ближайшего аналога, стальное изделие одновременно подвергают воздействию ультразвуковых (УЗ) волн, за счет того, что атомы под воздействием УЗ волн начинают колебаться, увеличивая среднее расстояние между атомами металла, за счет чего увеличивается скорость диффузии поверхности стальных деталей азотом.
Эффективность процесса ионного азотирования зависит от температуры, а именно, чем она выше, тем меньше длительность процесса азотирования при прочих равных условиях. Однако, при высокотемпературной обработке деталей со сложной конфигурацией возникает коробление деталей, снижается качество поверхности из-за интенсивного ее распыления ионами насыщающей среды. Уменьшение температурного воздействия приводит к возрастанию длительности процесса, а в некоторых случаях диффузионное насыщение может вовсе остановиться.
Существо изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема азотирования стальной детали при воздействии на нее ультразвуковых волн, которая содержит вакуумную камеру 1, электрод-анод 2, подложку 3, источник питания 4, ультразвуковой генератор 5.
Пример конкретной реализации способа.
Стальное изделие 6помещают в вакуумную камеру 1 и подключают к отрицательному электроду, герметизируют вакуумную камеру и откачивают воздух. После эвакуации воздуха вакуумную камеру продувают рабочим газом, состоящим из 35%N2+15%Ar+50%Ar, затем рабочий газ откачивают до необходимого давления в 200 Па. При напряжении 800-1000 В осуществляют катодное распыление. После этого напряжение понижают до рабочего 400-500 В и включают ультразвуковой генератор 5. Азотирование производится при воздействии ультразвуковых волн, генерируемых ультразвуковым преобразователем при температуре 450°С. После обработки стальное изделие вместе с вакуумной камерой охлаждают под вакуумом до нужной температуры. По окончании охлаждения в вакуумную камеру напускают атмосферный газ и извлекают обработанное стальное изделие.
Заявленный способ имеет следующее преимущество: увеличение скорости диффузии поверхности стальных деталей при низкотемпературном ионно-плазменном азотировании, за счет наложения ультразвуковых волн.