Тема 5. Современные технологии получения сверхтвердых покрытий

В России разработан и внедрен в промышленность метод КИБ (конденсация и ионная бомбардировка), позволяющий получать на поверхности изделий тонкие (5-10 мкм) покрытия, главным образом, из нитридов переходных металлов. Наибольшее применение получили покрытия из нитрида титана. Их наносят на режущий инструмент (сверла, протяжки, метчики, резцы и др.) из углеродистых и быстрорежущих сталей, а также на неперетачиваемые пластины из спеченных твердых сплавов. Эффективность этих покрытий различна, зависит от типа инструмента и режимов резания. В отдельных случаях достигается трехкратное повышение срока службы инструмента.

Наряду с высокой твердостью (до 25000МПа) и износостойкостью нитрид титана имеет желтый цвет, близкий по цвету к цвету золота. Это свойство можно использовать, применяя покрытия из нитрида титана в качестве декоративных на корпусах часов и некоторых ювелирных изделиях. В настоящее время многие промышленные предприятия выпускают для нужд медицинской промышленности зубные протезы из нержавеющей стали с покрытием из нитрида титана по технологии КИБ на отечественных промышленных установках типа «Булат», «Пуск» (рис. 71).

Процесс осаждения покрытий проводится в специальной герметизированной камере, где создается пониженное давление до 0,3ГПа. Внутрь камеры помещают изделия и тигель с насыщающим металлом (Тi и др.). Изделия закрепляются в специальном приспособлении, позволяющем вращать детали, для обеспечения равномерности толщины осаждаемого слоя. Для лучшего сцепления покрытия с основой детали могут нагреваться или токами высокой частоты, или прямым пропусканием тока. Часто нагревают само приспособление и уже от него (за счет теплопроводности) нагреваются детали. Чем выше температура нагрева, тем прочнее, связь покрытия с основой благодаря взаимной диффузии. Инструмент из углеродистой стали можно нагреть лишь до 250°С, а из быстрорежущей до 560^оС. При больших температурах произойдет отпуск и снизится твердость инструмента. Изделия из спеченных твердых сплавов можно нагревать до 1500°С, не боясь потери их свойств, однако реализация таких температур технически достаточно сложна.

Насыщающий металл нагревается источниками концентрированной энергии (электронным или лазерным лучом, плазмой) до жидкого состояния и, испаряясь, конденсируется на внутренних поверхностях камеры, в том числе и на изделиях. Для улучшения сцепления покрытия с основой и для большей направленности ионов металла к изделиям между ними и испаряемым металлом

наводят ускоряющее напряжение. Это напряжение резко увеличивает скорость и соответственно энергию летящих к изделию частиц, которые на большую глубину проникают в поверхность изделий. Если в процессе испарения насыщающего металла в рабочую камеру подавать определенное количество химически чистого азота или аммиака, то раскаленные частицы насыщающего металла будут химически взаимодействовать с азотом и на поверхность детали будет осаждаться нитрид этого металла (ТiN, ZrN и др.). Если азот заменить на углеродсодержащий газ (метан, пропан и др.), то на поверхности деталей будет осаждаться карбидное покрытие (TiС, ZrС и др.).

Рис. 71. Установка для осаждения покрытий способом КИБ: 1 - пушка электронная, 2 -- камера вакуумная, 3 - подогреватель. 4 - образец. 5 - пары испаряемого металла. 6 - тигель водоохлаждаемый, 7 трубопроводы, 8-испаряемый материал, 9 механизм подачи материала

Описанный выше способ уже нашел широкое практическое внедрение на многих инструментальных и машиностроительных заводах для целого ряда инструментов различного типа, калибров и некоторых конструкционных деталей, работающих на износ в коррозионной среде.

Дата добавления: 2014-01-04