24.11.2017
Методы упрочнения деталей.Ионно-плазменное азотирование
Автор: detalist    06.01.2011 02:16    Печать

При проектированиии любого изделия его стремятся сделать практичным,технологичным и долговечным. Это достигается и правильным подбором материала,и повышением точности изготовления. Однако нагруженные детали,или работающие в условиях аргессивных сред подвергаются при своей работе действию разрушительных сил трения и химической коррозии,в связи с чем встает вопрос и защите поверхностей изделия.

УвеличитьСреди всех современных методов химико-термической обработки стальных изделий,таких как цементация, нитроцементация, цианирование и газовое азотирование в специальных печах наиболее эффективным и технологичным является метод ионно-плазменное азотирование

Суть этого метода заключается в управляемом модифицировании кристаллической решетки обрабатываемого изделия в приповерхностном слое с помощью ионной имплантации.

Ионная имплантация – это внедрение в поверхность твердого тела практически любого иона,предварительно разогнанного в электромагнитном поле.Эти ионы внедряются в материал на глубину от 0,01 до нескольких десятков микрометров,создавая в поверхностном слое особое стркутурное состояние. Толщина модифицированного слоя зависит от энергии ионов, их массы и массы атомов мишени. Энергия ионов может изменяться в широких пределах (в зависимости от свойств материалов комбинации ион - мишень) от 1 (кэВ) до нескольких мегаэлектронвольт (МэВ). Кроме того внедрение иона в поверхность мишени происходит без соблюдения законов классической термодинамики,определяющей равновесные процессы, например, диффузию.

Управление глубиной проникновения ионов в поверхностный слой осуществляется путем изменения энергии ионного пучка и числа ионов, попадающих в мишень в единицу времени (см.рис.)

Ионно-плазменное азотирование (ИПА) – это вид физико-химической обработки металлических деталей,инструмента и иной оснастки, позволяющий насытить поверхностный слой изделия азотом в азотно-водородной плазме при 500 0С.

Сущность метода ИПА заключается в том, что в разряженной до 200-300 Па азотсодержащей газовой среде между катодом, на котором располагаются обрабатываемые детали, и анодом, в качестве которого служат стенки вакуумной камеры, возбуждается аномальный тлеющий разряд.Именно он порождает активные частицы ионизацией молекул газовой среды (ионы,радикалы). Это обеспечивает формирование на поверхности обрабатываемого изделия азотированного слоя, состоящего из внешней – нитридной зоны и располагающейся под ней диффузионной зоны.

Изменяя состав газа в камере, его давление, рабочую температуру и время выдержки изделия в камере, можно получать слои заданной структуры и фазового состава, обеспечивая строго регламентируемые свойства сталей и сплавов. Улучшение свойств упрочняемой поверхности обеспечивается необходимым сочетанием нитридного и диффузионного слоев, которые как бы «врастают» в поверхностный слой основного материала. 

При этом характеристики и свойства поверхностного слоя полностью определяются его химическим составом: нитридный слой является либо Y-фазой (Fe4N), либо E-фазой (Fe2-3N).

Слой с E-фазой является коррозийно-стойким, а слой с Y-фазой более износостойким и относительно пластичным. При этом, в зависимости от целей обработки, в результате ионно-плазменного азотирования можно получить:
диффузионный слой с развитой нитридной зоной, обеспечивающей защиту от коррозии и прирабатываемость трущихся поверхностей - для деталей, работающих в условиях трения;
диффузионный слой без нитридной зоны – для режущего и штампового инструмента и деталей, работающих при знакопеременных нагрузках в условиях изнашивания при высоких давлениях.

Ионно-плазмененное азотирование позволяет улучшить следующие характеристики изделий:
износостойкость;
усталостную выносливость;
антизадирные свойства;
термостойкость;
коррозионную устойчивость.

 

Афоризмы для размышлений

Образованного и умного человека трудно переносить, так как неразумие – вещь легкая и необременительная, а разум непреклонен, непоколебим, тяжесть его неодолима. Антисфен

Примечание об ответственности за содержание статей

Информация в статьях этого раздела носит информативный характер и не является инструкцией к действию или услугой каталога статей Jerbo.ru. Мнение сотрудников и администрации белого каталога статей Jerbo может не совпадать с мнениями изложенными в материалах этого раздела, и остаются на усмотрение авторов статей.

Использование (копирование) материалов каталога статей Jerbo.ru разрешается только при использовании активной ссылки на каталог http://jerbo.ru.