close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11506

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 14/48
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СЛОЯ С ФЕРРОМАГНИТНЫМИ
СВОЙСТВАМИ НА ПОВЕРХНОСТИ ХРОМОСОДЕРЖАЩЕЙ
АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ
(21) Номер заявки: a 20061349
(22) 2006.12.27
(43) 2008.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси " (BY)
(72) Авторы: Белый Алексей Владимирович; Кукареко Владимир Аркадьевич; Таран Игорь Иванович; Ших
Сергей Константинович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Физикотехнический институт Национальной академии наук Беларуси " (BY)
BY 11506 C1 2009.02.28
BY (11) 11506
(13) C1
(19)
(56) БЕЛЫЙ А.В. и др. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. - Мн.: Физико-технический институт, 1998. - С. 34, 35,
138.
BY 1071 U, 2003.
RU 2007501 C1, 1994.
RU 2044801 C1, 1995.
SU 852966, 1981.
БЕЛЫЙ А.В. и др. Теоретические и
технологические основы упрочнения и
восстановления изделий машиностроения: Сб. научн. тр. - Мн.: ПГУ, "Технопринт", 2001. - С. 193-196.
(57)
Способ формирования слоя с ферромагнитными свойствами на поверхности хромосодержащей аустенитной стали, заключающийся в том, что проводят ионную очистку поверхности образца стали, нагревают образец стали до температуры 400-600 °С и
осуществляют ионно-лучевую имплантацию азота не менее двух часов с энергией ионов
азота 2-3 кэВ и плотностью ионного тока 1,5-2,5 мА/см2.
Изобретение относится к ионно-лучевым технологиям получения материалов со специальными свойствами, в частности к способам формирования магнитных свойств в поверхностном слое аустенитных сталей с высоким содержанием хрома.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ
формирования на поверхности коррозионно-стойкой аустенитной стали AISI 304 (аналог
стали Х18Н10Т) гексагональной ε-фазы (Fe,Cr,Ni)2-xN в парамагнитном (при х = 0) и ферромагнитном (при х > 0) состояниях [1]. Данный способ основан на методе низкоэнергетической имплантации. Для этого изделие помещают в рабочую камеру, оснащенную
автономным ионным источником, в которой создается разряжение до 10-4 Па. Затем на
ионный источник подается напряжение, обеспечивающее энергию ионов азота до 10 кэВ и
плотность ионного тока до 2,5 мА/см2. Изделие в процессе ионной имплантации нагревается до температуры 380 °С. В результате такой обработки на поверхности стали образуется слой с ферромагнитными свойствами.
BY 11506 C1 2009.02.28
Недостатками этого способа являются высокая энергия и плотность ионного тока, которые обеспечиваются сложными техническими устройствами, а также большая длительность процесса, которая необходима для набора высокой дозы.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности получения магнитных свойств в поверхностном слое хромсодержащих сталей аустенитного класса методом низкоэнергетического ионно-лучевого легирования при высоких плотностях ионного
тока.
Поставленная задача решается тем, что в способе формирования слоя с ферромагнитными свойствами на поверхности хромосодержащей аустенитной стали проводят ионную
очистку поверхности образца стали, нагревают образец стали до температуры 400-600 °С
и осуществляют ионно-лучевую имплантацию азота не менее двух часов с энергией ионов
азота 2-3 кэВ и плотностью ионного тока 1,5-2,5 мА/см2.
В Физико-техническом институте НАН Беларуси проводилось ионно-лучевое азотирование стали 12Х18Н10Т следующим образом. Образцы стали помещали в рабочую камеру вакуумной установки, оснащенную автономным ионным источником. Используемый
ионный источник относится к классу ускорителей с анодным током и имеет простую и
надежную конструкцию. Откачивали камеру до остаточного давления 10-3 Па, на анод
ионного источника подавали напряжение 2-3,5 кВ и проводили ионную очистку аргоном
обрабатываемой поверхности образцов при плотности ионного тока 1,5 мА/см2. Время
очистки составляло 10-15 мин. Затем осуществляли прогрев образцов резистивным нагревателем до температуры 400-600 °С и облучали образец потоком ионов азота, который
формируется тем же ионным источником при ускоряющем напряжении 2,5-3,0 кВ с плотностью ионного тока 1,5-2,5 мА/см2. Время обработки составляло 2 ч, при этом поглощенная доза составляла ∼3×1019 ионов/см2. Затем выключают блок питания, подающий
ускоряющее напряжение на ионный источник, и выключают нагреватель изделия. После
снижения температуры изделия до температуры не выше 100 °С, которая контролируется
термопарой, в рабочую камеру вакуумной установки подается атмосферное давление. Основные параметры режима ионно-лучевого азотирования приведены в табл. 1.
Таблица 1
Режимы ионно-лучевой обработки образцов
Основные параметры обработки
Прототип
Заявляемый способ
+
Типы ионов
N
N+
Энергия ионов, кэВ
10
2-3
2
Плотность ионного тока, мА/см
2,5
1,5-2,5
2
16
17
Доза, ионов/см
10 -10
~3×1019
Температура образца, °С
380
400-600
Толщина слоя, мкм
25-30
Из таблицы видно, что энергия ионов в заявляемом способе меньше, чем в прототипе
в 4 раза. Это значительно снижает технические требования к блоку питания ионного источника и является более энергоэкономичным и безопасным в производстве. При этом поглощенная доза в модифицированном слое превосходит прототип на два-три порядка.
На стадии ионной очистки поверхность образца очищается от адсорбированных атомов газов вследствие их распыления высокоплотным потоком ионов. При ионно-лучевой
обработке азотом в поверхностных слоях изделия происходят два конкурирующих процесса: распыление поверхностных слоев изделия и внедрение (имплантация) атомов азота
в поверхностный слой. Однако вследствие малой массы и радиуса атома азота процесс
имплантации значительно превалирует над распылением, а за счет повышенной температуры развиваются процессы радиационно-стимулированной диффузии, которые обеспечивают проективный пробег до 30 мкм, что значительно превышает глубину внедрения
2
BY 11506 C1 2009.02.28
при комнатных температурах. Формирование магнитных свойств в модифицированном
поверхностном слое происходит вследствие образования наноразмерных ферромагнитных
частиц α-железа в результате структурно-фазовых превращений.
Результаты исследования магнитных свойств образцов стали 12Х18Н10Т, модифицированных ионами азота при различных температурах, ионных токах I и дозах D, показаны
в табл. 2.
Таблица 2
Магнитные свойства поверхностного слоя стали 12Х18Н10Т
после ионно-лучевой обработки азотом
Режим ионной обработки образцов стаМагнитная проницаеКоэрцитивная сила,
ли 12Х18Н10Т
мость, отн. ед.
А/м2
Без обработки
190
30
19
1400
120
420 °С, I = 2 мА, D = 3×10
2400
300
470 °С, I = 2 мА, D = 3×1019
19
640
700
500 °С, I = 2 мА, D = 3×10
19
2580
450
450 °С, I = 1,5 мA, D = 5×10
19
560
1050
500 °С, I = 1,5 мA, D = 5×10
В исследуемом интервале температур ионного азотирования регистрируется возрастание магнитной проницаемости и коэрцитивной силы у модифицированных слоев парамагнитной стали 12Х18Н10Т. При этом наиболее существенное увеличение магнитных
свойств обнаруживается в результате ионной обработки стали при 400-480 °С. Магнитная
проницаемость модифицированных азотом слоев в случае обработки ионным пучком с
плотностью тока 2 мА/см2 выходит на уровень максимальных значений после облучения
при температуре 450 °С, а коэрцитивная сила достигает максимума при той же плотности
тока ионного пучка в результате обработки при температуре 470 °С. Уменьшение плотности тока ионного пучка до 1,5 мА/см2 и увеличение продолжительности облучения приводит к понижению температуры ионной обработки, обеспечивающей максимальную
магнитную проницаемость, до 420 °С, а максимальная коэрцитивная сила отвечает температуре ионно-лучевой обработки 480 °С. Указанные особенности формирования магнитных свойств ионно-модифицированных слоев могут быть использованы для
целенаправленного получения слоев с высоким комплексом магнитных характеристик.
Источники информации
1. БЕЛЫЙ А.В. и др. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. - Мн.: Физико-технический институт, 1998. - С. 34, 35, 138.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
85 Кб
Теги
by11506, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа