Патенты автора Качалин Геннадий Викторович (RU)
Изобретение относится к способам импульсно-лазерной модификации и ионно-плазменного упрочнения поверхности и может быть использовано, например, в энергетическом машиностроении для защиты рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин от износа, вызванного каплеударной эрозией. Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия включает ионную очистку поверхности изделий и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия, причем до ионной очистки изделия текстурируют рельеф поверхности изделия импульсно-лазерной модификацией поверхности с использованием инфракрасного иттербиевого волоконного лазера с длиной волны 1064 нм и средней мощностью лазерного излучения не более 22,4 Вт с заданными глубиной впадин и высотой выступов 10÷30 мкм, шириной выступов и шириной впадин 40÷60 мкм, формируют бороздки с продольным направлением и параллельным отношением бороздок друг к другу, а глубину ионно-плазменного азотирования-упрочнения поверхности выбирают равной 30÷100 мкм. Технический результат заключается в повышении износостойкости покрытия. 1 табл., 1 пр.
Изобретение может быть использовано в машиностроении и микромеханике для уменьшения трения и износа в подшипниках скольжения. Сначала подготавливают рабочую поверхность изделий 1 путём полировки, обезжиривания в ультразвуковой ванне, обработки бензино-спиртовой смесью и термообработки в сушильном шкафу. Подготовленные изделия 1 размещают в вакуумной камере 2, изолируют от её корпуса и подключают к источнику импульсного отрицательного напряжения (напряжение смещения). Одновременно с откачиванием вакуумной камеры 2 ее нагревают нагревателями 5 для интенсификации процесса дегазации. После подачи в вакуумную камеру 2 плазмообразующего газа - аргона металлическую поверхность изделий 1 подвергают ионному травлению, для чего включают магнетрон 4. Затем напускают азот и проводят одновременное азотирование при нагреве поверхности изделий 1 до 200÷500°С. После этого на поверхность изделий 1 наносят переходный слой покрытия из по крайней мере одного слоя металла, карбида металла или нитрида металла при изменяющихся во времени отрицательном напряжении смещения и потоке реакционного газа, расход которого увеличивают одновременно с понижением напряжения смещения. После формирования переходного слоя магнетрон 4 выключают, на изделия 1 подают отрицательное напряжение и включают магнетрон 3 для нанесения основного слоя покрытия посредством высокомощного импульсного магнетронного распыления после разогрева мишени из Al0,75Mg0,75B14. Повышается качество и срок службы покрытия за счет увеличения допустимых контактных нагрузок и уменьшения коэффициента трения. 2 ил.
Способ нанесения эрозионностойкого покрытия на поверхность стальной лопатки паровой турбины // 2710761
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для защиты от эрозионного износа стальных рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин, подвергающихся высокоскоростному каплеударному воздействию в коррозионно-активных средах при повышенных усталостных нагрузках. Способ нанесения покрытия на поверхность лопатки турбины включает электролитно-плазменную полировку поверхности лопатки, ее размещение в вакуумной камере, в которой установлен магнетрон с мишенью из хрома, нагрев вакуумной камеры и откачку из нее воздуха, очистку и травление поверхности лопатки ионами инертного газа, периодическую подачу в вакуумную камеру реакционного газа и формирование на указанной поверхности четного числа последовательно чередующихся микрослоев хрома и соединения хрома, при этом используют углеводородный газ в качестве реакционного газа, формируют микрослои соединения хрома в виде карбида хрома, толщиной 1,4±0,6 мкм, микрослои хрома, толщиной 0,45±0,15 мкм, с суммарным числом микрослоев в диапазоне от 6 до 10 и регулируют расход углеводородного газа из условия общей концентрации атомов углерода в покрытии 3,25±0,25 ат.%. Технический результат изобретения заключается в увеличении ресурса наносимого эрозионностойкого покрытия за счет повышения его коррозионной стойкости и усталостной прочности. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Способ нанесения коррозионностойкого покрытия на поверхность стальной лопатки паровой турбины // 2690385
Изобретение относится к способу нанесения защитных покрытий на стальные лопатки влажнопаровых ступеней турбин. Способ включает электролитно-плазменную полировку лопатки, ее размещение в вакуумной камере, нагрев вакуумной камеры, откачку из нее воздуха, очистку и травление поверхности лопатки ионами инертного газа. Затем на поверхности лопатки попарно формируют нанокомпозитные микрослои из титана с алюминием и из нитрида титана с нитридом алюминия. Микрослои из нитрида титана с нитридом алюминия формируют толщиной 1,35±0,15 мкм, суммарная толщина каждой формируемой пары микрослоев составляет 1,75±0,25 мкм, а общее число пар микрослоев в покрытии составляет шесть или семь. Технический результат изобретения заключается в увеличении ресурса покрытия за счет повышения его коррозионной и усталостной стойкости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Многослойное эрозионностойкое покрытие // 2687788
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для защиты от эрозионного износа стальных рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин, подвергающихся высокоскоростному каплеударному воздействию в коррозионно-активных средах при повышенных усталостных нагрузках. Покрытие содержит четное число последовательно чередующихся микрослоев хрома и соединения хрома. Микрослои соединения хрома выполнены из карбида хрома толщиной 1,4±0,6 мкм. Микрослои хрома выполнены толщиной 0,45±0,15 мкм. Общее число микрослоев покрытия находится в пределах от 6 до 10. Концентрация атомов углерода в покрытии составляет 3,25±0.25 ат.%. Обеспечивается повышение коррозионных свойств и усталостных характеристик покрытия с сохранением его высокой эрозионной стойкости. 2 табл.
Изобретение относится к нанесению покрытия на поверхность стального изделия, применяемого для защиты от эрозионного износа рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин, эксплуатирующихся в экстремальных условиях. Способ включает ионную очистку поверхности изделия и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия, нанесение покрытия методом физического осаждения из паровой фазы. Ионное травление и азотирование поверхности изделия проводят одновременно с использованием дуальной магнетронной распылительной системы в качестве источников аргоновой плазмы с увеличенной плотностью потока ионов на изделии при нагреве изделия до температуры 370-430°С с одновременной подачей газа азота. Нанесение покрытия методом физического осаждения из паровой фазы проводят последовательным чередованием микрослоя из хрома общей толщиной 0,5-1,5 мкм и микрослоя из нитрида хрома общей толщиной 2-3 мкм до получения покрытия общей толщиной 5-30 мкм. Обеспечивается расширение области применения нанесения покрытий методом физического осаждения из паровой фазы для различных марок лопаточных сталей. 3 табл.
Узел катода магнетронного распылителя // 2627820
Изобретение относится к узлу катода магнетронного распылителя. Узел содержит мишень 1, закрепленную в стенках корпуса 4, первый электростатический экран 7, установленный с внешней стороны стенок корпуса 4 и основания 5. Со стороны внутренней поверхности 3 мишени 1 установлена пластина 10, выполненная по форме, идентичной форме мишени 1 толщиной от 1 до 4 мм, и плотно прижатая к ее внутренней поверхности 3. На основании 5 по центру установлен центральный магнит 11, а на периферии основания 5 расположены внешние магниты 12. На основании 5 расположен теплопередающий элемент 13 с внутренней проточкой 15, в которой расположен центральный магнит 11 и с внешними проточками 16, в которых установлен трубопровод охлаждения 17. Трубопровод охлаждения 17 выполнен в виде прямоугольной рамки со скошенными углами из труб прямоугольного сечения и содержит патрубки подачи и отвода охлаждающей жидкости 18. При этом в теплопередающем элементе 13 выполнены отверстия 19, в которые вставлены патрубки подачи и отвода охлаждающей жидкости 18. Поперечное сечение трубопровода охлаждения 17 выбрано из условия обеспечения эффективного охлаждения с турбулентным режимом течения охлаждающей жидкости, характеризующимся числом Рейнольдса не менее 8000. Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения и надежности работы узла катода магнетронного распылителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на поверхности деталей. Внутри корпуса вакуумной камеры установлен, по меньшей мере, один источник распыляемого материала, выполненный в виде N магнетронов, где N - целое число и N>1, и ионный источник. Внутри корпуса камеры расположена защитная капсула, а в центре камеры установлен высоковольтный источник напряжения смещения и низковольтный источник напряжения смещения. Карусель и держатель детали расположены внутри верхней части защитной капсулы. Детали расположены внутри нижней части защитной капсулы. Магнетроны и ионный источник установлены по периметру защитной капсулы. Верхняя часть защитной капсулы выполнена с верхним глухим торцом и закреплена на валу, выполненном полым, который установлен в верхней части корпуса камеры и жестко соединен с валом карусели в электрически изолированном узле верхней части защитной капсулы. Нижняя часть защитной капсулы выполнена с нижним глухим торцом и закреплена на валу, который установлен в нижней части корпуса вакуумной камеры и соединен муфтой с приводом возвратно-поступательного движения. Оси вращения верхней и нижней частей защитной капсулы, вала верхней части защитной капсулы, вала нижней части защитной капсулы, штанги, электрически изолированного узла, электрически изолированного стыковочного узла совпадают с осью вращения карусели. С внешней стороны корпуса вакуумной камеры, содержащего систему напуска газа, расположен многопозиционный электрический переключатель, выполненный с возможностью переключения высоковольтного и низковольтного источников напряжения смещения с вала карусели на вал верхней части защитной капсулы и вал нижней части защитной капсулы. Изобретение позволяет повысить качество покрытий за счет защиты поверхности деталей от привносимых дефектов. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к защитным покрытиям стальных деталей, подверженных при работе нагрузкам при повышенных температурах и воздействию агрессивных сред. Способ включает очистку изделия и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия, формирование покрытия физическим осаждением из паровой фазы, при этом после ионно-плазменного азотирования производят дополнительное ионное травление, причем в процессе ионных травлений проводят обработку поверхности импульсным магнетронным разрядом с плотностью мощности 0,03-0,1 кВт/см2, формирование покрытия осуществляют сначала нанесением на поверхность изделия микрослоя из титана, хрома общей толщиной 0,5-0,7 мкм, состоящего из нанослоев толщиной 10-100 нм, затем в камеру подают азот и формируют микрослой из нитридов титана, хрома общей толщиной 2,8-3,3 мкм, состоящий из нанослоев толщиной 10-100 нм, при этом в процессе нанесения микрослоев осуществляют обработку поверхности импульсным магнетронным разрядом с плотностью мощности от 0,1 до 8 кВт/см2. Изобретение позволяет повысить срок службы изделий в условиях эрозии, коррозии и высоких температур. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методам образования защитных покрытий на деталях, подверженных высоким температурам и механическим нагрузкам. Способ включает очистку изделий и вакуумной камеры в тлеющем разряде в среде инертного газа, ионное травление и нанесение покрытия методом физического осаждения из паровой фазы, при этом перед нанесением покрытия проводят ионно-плазменную цементацию с последующим ионным травлением, которую осуществляют путем подачи в камеру углеродсодержащего газа и нагрева изделия с помощью не менее двух магнетронов, работающих в дуальном режиме, чередование цементации с ионным травлением осуществляют в N этапов, где N ≥ 1, а нанесение покрытия осуществляют последовательным формированием чередующихся слоев из не менее одного микрослоя, состоящего из хрома и сплава алюминия с кремнием, общей толщиной 1,9-2,8 мкм, и не менее одного микрослоя, состоящего из оксидов хрома, алюминия и кремния, общей толщиной 0,4-1,6 мкм, полученных при подаче в камеру кислорода, причем указанные микрослои состоят из нанослоев упомянутых материалов толщиной 1-100 нм, образованных при последовательном прохождении изделия перед магнетронами с мишенями из хрома и сплава алюминия с кремнием. Техническим результатом изобретения является повышение долговечности и жаростойкости покрытия в условиях высокотемпературного окисления и эрозионного воздействия. 1 пр., 1 табл.
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА // 2547381
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методу образования защитного нанокомпозитного покрытия на поверхности изделия из жаропрочного никелевого сплава, подверженного высоким температурам и механическим нагрузкам. Проводят очистку изделия и вакуумной камеры в среде инертного газа, осуществляют ионное травление, после которого осуществляют ионно-плазменную цементацию, дополнительно проводят ионное травление поверхности изделия и нанесение покрытия методом физического осаждения из паровой фазы. Ионно-плазменную цементацию с последующим ионным травлением проводят поэтапно с числом этапов N, причем N≥1, до насыщения углеродом приповерхностного слоя упомянутого изделия на глубину до 50 мкм. На поверхность изделия наносят не менее одного микрослоя из нихрома и сплава алюминия с кремнием, который состоит из нанослоев указанных материалов толщиной 1-100 нм, а затем наносят микрослой из нанослоев оксидов нихрома и сплава алюминия с кремнием толщиной 1-100 нм. В частных случаях осуществления изобретения общая толщина микрослоя из нихрома и сплава алюминия с кремнием составляет 2,3-3,0 мкм, при этом указанный микрослой наносят путем последовательного прохождения изделия перед мишенями магнетронов из указанных материалов. Толщина микрослоя из оксидов нихрома и сплава алюминия с кремнием составляет 0,5-1,5 мкм, при этом указанный микрослой наносят путем последовательного прохождения изделия перед мишенями магнетронов из указанных материалов при подаче в камеру кислорода. Обеспечивается повышение долговечности и жаростойкости никелевого сплава в условиях высокотемпературного окисления и эрозионного воздействия. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области машиностроения, к способам образования защитных покрытий на изделиях, имеющих тонкостенные и толстостенные части и выполненных из стали или титанового сплава. Проводят очистку изделий в вакуумной камере в среде инертного газа, затем осуществляют ионное травление, ионно-плазменное азотирование, чередующееся с ионным травлением, и нанесение нанокомпозитного покрытия методом физического осаждения из паровой фазы посредством магнетронов. Температуру тонкостенных и толстостенных частей изделий выравнивают во время очистки изделий в среде инертного газа, ионного травления, ионно-плазменного азотирования, чередующегося с ионным травлением, и нанесения нанокомпозитного покрытия путем размещения изделий так, чтобы тонкостенная часть одного изделия располагалась между толстостенными частями других изделий. Упомянутое нанесение нанокомпозитного покрытия проводят путем нанесения микрослоя из нанослоев толщиной 1-100 нм из титана и хрома и последующего нанесения микрослоя из нанослоев толщиной 1-100 нм из нитридов титана и хрома. В частных случаях осуществления изобретения микрослой из титана и хрома наносят толщиной 0,3-0,8 мкм путем последовательного прохождения изделия перед магнетронами с мишенями из указанных материалов. Микрослой из нитридов титана и хрома наносят толщиной 2,5-3 мкм путем последовательного прохождения изделия перед магнетронами с мишенями из титана и хрома при подаче в камеру азота. Повышается срок службы покрытия в условиях эрозии, коррозии и высоких температур. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1пр.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам нанесения защитных покрытий. Может использоваться в энергетическом машиностроении для защиты деталей, подверженных механическим нагрузкам, высоким температурам и воздействию агрессивной рабочей среды. Перед нанесением покрытия на поверхность изделия проводят откачку воздуха из вакуумной камеры, очистку поверхности изделия и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия. Покрытие формируют путем нанесения микрослоя из нанослоев титана и алюминия толщиной 1-100 нм и микрослоя из нанослоев нитрида титана и нитрида алюминия толщиной 1-100 нм. После нанесения каждого из микрослоев проводят ионную очистку поверхности аргоном в течение 10 мин при давлении 1,5 Па и напряжении смещения 1150 В. Нанесение микрослоев с последующей ионной очисткой осуществляют в N этапов, где N - целое число и N ≥ 1, до формирования защитного покрытия общей толщиной 5,8-7,2 или более. Обеспечивается повышение срока службы покрытия в условиях эрозии, коррозии и высоких температур. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способу нанесения нанокомпозитных покрытий на плоские поверхности деталей и устройству для его реализации
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методам образования защитных покрытий на деталях, подверженных механическим нагрузкам, высоким температурам, воздействию агрессивной рабочей среды
