Ионно- диффузионные методы ХТО

.
Вакуумное ионно-плазменное упрочнение.
Методы ионно-плазменной обработки:
Ионное распыление.
Ионное легирование (имплантация).
Ионное осаждение покрытий.
Ионно-диффузионное насыщение.

Вакуумное ионно-плазменное упрочнение
Основано на воздействии на поверхность детали потоков частиц и квантов с высокой энергией.
Это прямое преобразование эклектической энергии в энергию технологического воздействия, основанной на структурно-фазовых превращениях в осажденном на поверхности конденсате или в самом поверхностном слое детали, помещенной в вакуумную камеру.
Вакуумные ионно-плазменные методы упрочнения поверхностей деталей включают следующие процессы:
генерацию (образование) корпускулярного потока вещества;
его активизацию, ускорение и фокусировку;
конденсацию и внедрение в поверхность деталей (подложек).

Генерация: корпускулярного потока вещества возможна его испарением (сублимацией) и распылением.
Испарение: переход конденсированной фазы в пар осуществляется в результате подводок тепловой энергии к испаряемому веществу.
Твердые вещества обычно при нагревании расплавляются, а затем переходят в газообразное состояние. Некоторые вещества переходят в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс называется сублимацией.

Достоинством данных методов является возможность создания высокого уровня физико-механических свойств материалов в тонких поверхностных слоях, нанесение плотных покрытий из тугоплавких химических соединений, а также алмазоподобных, которые невозможно получить традиционными методами.
Эти методы обеспечивают:
высокую адгезию покрытия к подложке;
равномерность покрытия по толщине на большой площади;
позволяют варьировать состав покрытия в широком диапазоне, в пределах одного технологического цикла;
позволяют получить высокую чистоту поверхности покрытия;
обеспечивают экологическую чистоту производственного цикла.

С помощью методов вакуумной ионно-плазменной технологии можно выполнить:
1) модифицирование поверхностных слоев:
ионно-диффузионное насыщение; (ионное азотирование, науглероживание, борироване и др.);
ионное (плазменное) травление (очистка);
ионная имплантация (внедрение);
отжиг в тлеющем разряде;
ХТО в среде несамостоятельного разряда;
2) нанесение покрытий:
полимеризацию в тлеющем разряде;
ионное осаждение (триодной распылительной системе, диодной распылительной системе, с использованием разряда в полом катоде);
электродуговое испарение;
ионно-кластерный метод;
катодное распыление (на постоянном токе, высокочастотное);
химическое осаждение в плазме тлеющего разряда.

Ионное распыление
1 – камера; 2 – подложкодержатель; 3 – детали (подложки); 4 – мишень;
5 – катод; 6 – экран; 7 – подвод рабочего газа; 8 – источник питания; 9 – откачка.
Принципиальная система распыления

Ионная цементация
Установка ионной цементации ЭВТ 25
При ионной цементации в граничном слое создается высокий градиент концентрации углерода. Скорость роста науглероженного слоя материала составляет 0,4…0,6 мм/ч, что в 3…5 раз превышает этот показатель для других способов цементации. Продолжительность ионной цементации для получения слоя толщиной 1…1,2 мм сокращается до 2…3 часов.

Ионно-плазменное азотирование (ИПА) – это разновидность химико-термической обработки деталей машин, инструмента, штамповой и литьевой оснастки, обеспечивающая диффузионное насыщение поверхностного слоя стали (чугуна) азотом или азотом и углеродом в азотно–водородной плазме при температуре 450 – 600 °С, а также титана или титановых сплавов при температуре 800 – 950 °С в азотной плазме.
Сущность ионно-плазменного азотирования заключается в том, что в разряженной до 200– 1000 Па азотсодержащей газовой среде между катодом, на котором располагаются обрабатываемые детали, и анодом, роль которого выполняют стенки вакуумной камеры, возбуждается аномальный тлеющий разряд, образующий активную среду (ионы, атомы, возбужденные молекулы). Это обеспечивает формирование на поверхности изделия азотированного слоя, состоящего из внешней – нитридной зоны с располагающейся под ней диффузионной зоной.

Микроструктуры сталей У8 и 20Х13 после
ионно-плазменного азотирования

Кривые изменения механических свойств по толщине
слоя для различных способов ХТО

.
Ионное напыление