Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Мощный импульс получило применение гкзотермических методов нанесения покрытий в связи с развитием плазменных 15, 26, 311 и детонационного 13, 31, 38, 601 способов напыления порошкообразных материалов различного состава. Значительный интерес представляет возможность создания поверхностных слоев с использованием метода контактного эвтектнческого плавления 1241. Предшественниками вакуумных ионно-плазменных методов нанесения покрытий и моднфицирования поверхностных слоев являются методы химического осаждения из газовой фазы 124, 29, 371 и термовакуумные методы 1241. 3.3.1. Покрытия, получаемые методами химического есаждеиия из газовой фазы Методы химического осаждения из газовой фазы (или газофазные методы) основаны на осаждении покрытий на нагретую подложку в результате разложения относительно нестойких газообразных веществ или взаимодействия двух или более газообразных веществ (либо переведенных в паровую фазу твердых веществ) с образованием на поверхности слоя химического соединения 124, 29, 371.
Наибольшее распространение получил метод осаждения покрытий из карбида титана на нагретых до высокой температуры (1000 — 1100 С) деталях и инструменте в результате химической реакции двух находящихся в поообразном состоянии веществ: т1О +СН вЂ” т1С+4НС1 Получаемые таким образом покрытия в несколько рю повышают стойкость неперетачн- ваемого инструмента нз твердых сплавов. Вследствие высоких температур, необходимых для прохождения реакции и образования прочного соединения с подложкой, зтот метод непригоден для закаленных углеродистых и быстрорежущих сталей.
Однако можно наносить покрытия из других износостойких соединений при значительно более низких температурах (табл. 319) или закаливать детали сразу после нанесения покрытий 1241. Таблща 3.19. Твердые тугенлавнне ееелннення, нелучаемые химическим ееажяеннем нз газевей смеси Существенным усовершенствованием процессов газофазного осаждения покрытий явилось создание установок, работающих по замкнутому циклу без выброса вредных веществ в атмосферу [24). ЗЗ.2. Покрытия, получаемые термовакуумным напылением Термовакуумный метод нанесения покрытий ~24, 321 основан на конденсации на поверхностях деталей пленки металла или химического соединения, переведенного в парообразное состояние нагревом наносимого вещества (от нагревателя сопротивления„ электронным лучом, индукционным методом, взрывом проволочки и„наконец, лазерным лучом). Энергия атомов нлн молекул в образующейся паровой фазе невелика, поэтому для образования качественного покрытия с хорошей адгезней к основе требуется нагревать ее до температур, обеспечивающих прохождение диффузионных процессов на умнице покрытие — основа.
Термовакуумные методы могут быль реализованы в высоком вакууме. Производительносп этих методов может быть достаточно высокой. К их недостаткам относятся: изотропный разлет наносимых веществ прн их испарении (что приводит к высоким непроизводительным потерям напыляемых материалов), невозможность нанесения недостаточно стабильных веществ, трудность нанесения сплавов заданного состава прн различной упругости паров компонентов, необходимость нагрева деталей (подложки) до высоких температур. 3.3.3;Вакуумные нонно-плазменные покрытия н модифицированные слон Для образования качественного покрытия при более низких температурах деталей необходимо повысить энергию конденсирующихся на них частиц.
Прн соударении с твердой поверхностью частиц с достаточно высокой энергией в микрообъемах создаются условия, при которых обеспечивается образование химических связей без объемного нагрева деталей (что лежит в основе всех вакуумных ионно-плазменных методов нанесения покрытий). В образовании покрытия при этих методах участвуют нейтральные и возбужденные частицы (атомы, молекулы и кластеры) с высокой энергией (превышающей в десятки н сотни раз энергию тепловых атомов н молекул) н ионы, энергию которых можно варьировать в широких пределах изменением ускоряющего напряжения. Вакуумные ионно-плазменные процессы нанесения покрытий характеризуются следующими основными этапами: генерацией атомарного или молекулярного потока вещества, его ионизацией, ускорением, фокусировкой н конденсацией на поверхности детали нли подложки. Длл генерации потока вещества используют разогрев потоком электронов и различные формы газовых разрядов (тлеющий, дуговой с нерасходуемым термоэмиссионным катодом, дутовой с термоавтоэмисснонным расходуемым катодом) ~! 4, 32, 53~.
Применительно к нуждам машиностроения вакуумные ионно-плазменные методы нанесениа покрытий и создания модифицированных поверхностных слоев можно условно разделить на четыре группы: 1) ионно-диффузнонные, осуществляемые в тлеющем разряде; 2) катодное распыление в разряде постоянного токе и в высокочастотном разряде; 3) ионное осаждение; 4) ионное легирование (имплантация). Примером методов первой группы является ионное азогнрование 124, 29$ которое воз.- можно при более низких температурах и со значительно большей скоростью (табл.
320), чем традиционное (в результате радиационного стимулирования скорость диффузии азота многократно увеличивается). Ионно-диффузионные методы можно также приме- нять для насыщения поверхностных слоев кремнием, углеродом и другими элементами; получения карбоньпридных слоев и т. п. Таблица 3.20. Влияние режима иеииеге азетиреваиня иа телщниу и твердеешь изивеестейкею елея При использовании методов второй группы покрытие образуется в результате конденсации главным образом нейтральных частиц, выбиваемых из мишени бомбардировкой ионами инертного газа (аргона, криптона) 124, 531.
Энергия частиц наносимого материала по крайней мере на порядок выше, чем энергия частиц, образующихся при испарении в термовакуумных методах. Методы позволяют наносить самые тугоплавкие и недостаточно стабильные соединения, нанесение которых термовакуумными методами невозможно, с сохранением их стехиометрического состава. Находят применение системы с автономными ионными источниками. Системы распыления на постоянном токе используют для нанесения покрытий нз проводящих электрический ток материалов, системы высокочастотного распыления — для покрытий из диэлектриков.
Наиболее полно преимущества методов, основанных на явлении катодного распыления, реализуются в системах магнетронного распыления 1301, в которых разряд осуществляется в скрещенных электрических и магнитных полях. Благодаря этому производительность маг- нетронных распылительных систем одного порядка с производительностью установок, работающих по методу конденсации при ионной бомбардировке (КИБ) с электродуговым испарителем. Преимуществом их является отсутствие капельной фазы, что позволяет наносить покрытия практически без искажения исходного качества поверхности.
При использовании методов третьей группы частицы наносимого материала, переведенного тем или иным способом в газообразное или парообразнае состояние, ионизируются и ускоряются в электрическом поле 114, 531. Адгезия и служебные характеристики покрытий повышаются при увеличении энергии частиц, задаваемой ускоряющим напряжением. В России применяют методы конденсации при ионной бомбардировке, реактивного электронно-плазменного напыления и др.
В табл. 3.21 приведены сведения об нзносостойкости покрытий, нанесенных методом КИБ 1201. Наконец, к методам четвертой группы относится ионное легирование, или имплантацня 119, 241. Основано оно на том явлении, что нри болыпих энергиях ионы проникают в кристаллическую решетку на большую глубину (легируя таким образом поверхностный слой детали). Этому способствует радиационно-стимулированная диффузия, благодаря которой легируется слой, толщина которого во много раз превышает глубину 165 начального проникновения ионов.
Механические свойства и износостойкость модифицированных таким способом поверхностных слоев повышаются также в результате искажений кристаллической решетки, возникающих при «вбивании» в нее ионов легнрующего компонента. Тайища 3.2!. Трнбетехннческне характеристики покрытий Т11Ч, иаиесекных нв сталь Р6М5 методом КИБ, нрн тренин со смазкой М$4ВЗ по разным материалам (линейный контвкг) П р и м е ч а н и е. В числителе — значения длл похрмтил в исходном состоянии, в знаменателе— после полирошния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
