Стадии технологии азотирования в плазме тлеющего разряда

Собственно процесс азотирования в тлеющем разряде состоит из трех стадий (рис.3):

Рис. 3. Температурно-временная зависимость процесса ионного азотирования сталей в тлеющем разряде.

1. Начальная стадия, включающая нагрев деталей после загрузки в режиме катодного распыления. Электрические и вакуумные параметры разряда на стадии катодного распыления обеспечивают очистку от адсорбированных газов, оксидных и органических пленок. Катодное распыление проводится в течение 5-60 минут при напряжении 700-800 В и давлении 10-20 Па. В процессе катодного распыления температура деталей не превышает 250 ^oC. Длительность периода очистки и нагрев катодным распылением целиком определяются состоянием поверхности, степенью чистоты и геометрическими особенностями изделий. На этой стадии на поверхностях обрабатываемых изделий наблюдается формирование микродуг.

2. Стадия обработки (диффузионного насыщения) изделий. После катодного распыления давление газовой среды в камере повышают до 133-400 Па, при этом напряжение разряда понижается до рабочего 400-500 В, ток увеличивается до десятков ампер, обеспечивая плотность 1-20 мА/см². Область катодной части разряда уменьшается от 10 до 1 мм. Рабочая температура процесса 500-550 ^oC достигается за 15-30 минут. Скорость нагрева определяется соотношением поверхности и массы деталей. На поверхности изделий устанавливается состояние, близкое к равновесному, и изменения в поверхностном слое имеют диффузионный характер. Эта стадия называется изотермической выдержкой. Продолжительность изотермической выдержки определяется требуемой толщиной слоя и составляет от10 до 24 часов. Рабочее давление лимитируется свойствами тлеющего разряда. При давлении ниже 133 Па мощность, выделяемая на катоде при протекании тока разряда, недостаточна для нагрева обрабатываемой детали до рабочей температуры, при давлении выше 1330 Па нарушается стабильность разряда, тлеющий разряд переходит в дуговой, что сопровождается появлением на поверхности оплавленных микрократеров.

3. Стадия охлаждения и выгрузки готовых деталей. После проведения процесса азотирования питание тлеющего разряда отключается и производится охлаждение садки вместе с камерой до температуры 180 ^oC в вакууме 1, 33-6, 65 Па. Выгрузка готовых изделий производится при полном отключении охлаждающей воды, в целях недопущения конденсации водяных паров воздуха на внутренней поверхности камеры.