Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для азотирования титана

• Автор: Ахмадеев, Юрий Халяфович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Оглавление
Оглавление.
Введение.

Глава 1 Методы азотирования титана

1.1. Г азовое азотирование

1.2. Азотирование в плазме тлеющего разряда.

1.3. Ионная имплантация.

1.4. Лазерное азотирование

1.5. Азотирование в плазме дугового разряда.

1.6. Выводы.

Глава 2 Генераторы низкотемпературной плазмы на основе разряда

низкого давления с полым катодом
2.1. Описание установки и ее основных узлов.
2.2. Генератор плазмы на основе дугового разряда с полым катодом
2.2.1. Параметры плазмы в полом аноде.
2.2.2. Поступление материала катода в анодную полость.
2.3. Генератор плазмы с составным катодом.
2.4. Генератор плазмы на основе несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом.
2.5. Выводы.
Глава 3 Азотирование титана.
3.1. Азотирование технического титана в плазме несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом
3.2. Влияние состава смеси рабочего газа на процесс азотирования титана в несамостоятельном тлеющем разряде низкого давления
3.3. Выводы .
Заключение
Список литературы


При этом на поверхности изделий формируется тонкий <1 мкм слой нитрида титана, имеющий хорошую коррозионную и износостойкость, а также более протяженный слой упрочненного титана за счет создания зоны твердого раствора азота в титане. Особо следует отметить, что все вышеперечисленные электрофизические процессы осуществляются последовательно в едином вакуумном цикле (нет необходимости извлекать обрабатываемые детали из камеры для смены режимов обработки и тем самым исключается окисление поверхности нагретых деталей), что улучшает качество обработки и повышает ее производительность. Сам технологический цикл поддается полной автоматизации и является экологически чистым. Кроме медицинской отрасли разрабатываемая технология может найти применение во многих других отраслях промышленности (авиационной, атомной, нефтегазодобывающей, энергетической), где требуется существенное повышение ресурса изделий, выполненных из титана. Цель исследований. Разработка оборудования и определение режимов низкотемпературного азотирования технического титана при низких давлениях в тлеющем разряде с полым катодом, функционирование которого инициируется и поддерживается дуговым разрядом с полым катодом. С целью оптимизации режимов генерации однородной низкотемпературной плазмы в больших (~0. Разработать меры, улучшающие фильтрацию от микрокапель анодной плазмы, создаваемой газоразрядным плазмогенератором на основе дугового разряда с холодным полым катодом для исключения загрязнения плазмы тлеющего разряда продуктами эрозии катода дугового плазмогенератора. Определить режимы, позволяющие проводить низкотемпературное (<0 °С) азотирование технического титана при низких давлениях. Проведено исследование генератора плазмы с холодным полым катодом на основе дугового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях при горении дуги на таких материалах как нержавеющая сталь, медь, дюралюминий, графит. Показано, что для всех используемых материалов катода характерна слабая зависимость тока разряда от напряжения его горения и высокая степень устойчивости горения дуги. Показано, что для исследованного генератора плазмы с холодным полым катодом на основе дугового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, увеличение напряжения горения дуги и снижение тока разряда при увеличении аксиального магнитного поля, связано с падением проводимости плазмы в прикатодной области разряда. Разработана оригинальная электродная система, состоящая из набора дополнительных конструктивных элементов катода для плазмогенератора на основе дугового разряда с холодным полым катодом, позволяющая сократить проникновение капельной фракции материала из полого катода в разрядную камеру без использования дополнительных электрических и магнитных полей. Впервые предложена, реализована и исследована разрядная система на основе несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом, инициируемого и поддерживаемого дугой низкого давления. Установлены особенности горения несамостоятельного тлеющего разряда при низких давлениях. Данная разрядная система позволяет получать при давлениях -1-5 Па и плотностях тока до 5 мА/см2 плазму с концентрацией ~Ю см'3, что позволило провести низкотемпературное (<0 °С) азотирование технического титана. Показано, что структура, микротвердость и трибологические свойства азотированного технического титана в несамостоятельном тлеющем разряде с полым катодом существенно зависят от состава рабочего газа. Так повышение твердости при азотировании титана по сравнению с азотированием в чистом азоте наблюдается при использовании смеси (в частности Ыг-Не) с более высоким (на два порядка величины) сечением ионно-молекулярных реакций образования атомарного азота. Азотирование в смеси ^-Не позволяет сократить время процесса более чем в 2 раза при сохранении тех же параметров азотированного слоя, что и при азотировании в чистом азоте. Данная структура приповерхностного слоя достигает толщины - мкм с твердостью до ГПа. Следует подчеркнуть, что слой ПЫ формируется за счет диффузионных процессов, а, следовательно, не имеет четкой границы раздела с подложкой и не подвержен отслаиванию.