Способ обработки поверхностей стальных пресс-форм

 

Использование: в машиностроении при нанесении защитных покрытий в вакууме стальных деталей, работающих в агрессивных средах. Цель изобретения: увеличение срока эксплуатации пресс-форм. Сущность изобретения: на поверхности стальных пресс-форм формируют защитное покрытие в вакууме путем ионного внедрения ионов хрома или вольфрама до достижения концентрации 10 - 16 ат.%. 1 табл.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно химического, и может быть использовано при нанесении защитных покрытий стальных деталей, работающих в агрессивных средах.

В современном химическом машиностроении для нанесения защитных покрытий на формующие поверхности пресс-форм для изготовления эластомерных композиций применяется твердое формирование рабочих частей пресс-форм, которые работают в контакте с агрессивными средами, но оно не позволяет получать целостных, равномерной толщины покрытий формующих поверхностей пресс-форм.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нанесения хромовых покрытий на рабочие части пресс-форм для формования эластомерных композиций, заключающийся в гальваническом покрытии хромом деталей, помещаемых в электролитические ванны.

Хромирование производится до получения сплошных защитных слоев толщиной в несколько микрон.

Недостатком такого способа обработки формующих поверхностей пресс-форм является отсутствие возможности получать защитные покрытия равномерные по толщине на поверхностях сложной конфигурации рабочей части пресс-форм.

Целью изобретения является увеличение срока эксплуатации пресс-форм за счет снижения химического взаимодействия эластомерных композиций с поверхностью пресс-формы.

Цель достигается тем, что в способе обработки стальных поверхностей пресс-форм для формования эластомерных композиций путем нанесения защитного покрытия из коррозионно-стойких материалов нанесение защитного покрытия осуществляют ионным внедрением ионов хрома или вольфрама до достижения концентрации 10-16 ат.%.

Отличие предлагаемого способа обработки поверхности пресс-форм состоит в том, что слой хрома или вольфрама наносится пучками ускоренных ионов. Ионы хрома или вольфрама при внедрении в пресс-формы ускоряются в вакууме до таких энергий, чтобы обеспечить их введение в поверхность пресс-форм на глубину в несколько единиц - десятков нанометров. Доза ионов выбирается такой, чтобы концентрация хрома (вольфрама) в защитном слое составила величину, необходимую для обеспечения требуемой коррозионной стойкости рабочих поверхностей пресс-форм, формующих эластомерные композиции. Кроме того, при изоэнергетическом внедрении ускоренных ионов в поверхность пресс-форм формируется защитный слой, равномерный по составу и толщине, которые воспроизводимы с точностью не хуже + 10% от опыта к опыту и легко управляются изменением энергии и дозы ионов.

Способ покрытия коррозионно-стойким материалом ионным внедрением в поверхность стали имеет присущие ему физические ограничения. Имеется предел концентрации вводимой добавки из-за распыления поверхности ускоренными ионами. Для хрома, внедряемого в сталь с Е = 15 кэВ, максимально достижимая концентрация ограничена приблизительно 20 ат.%. Имеются особенности в состоянии внедренной в сталь добавки, обусловленные как взаимной растворимостью, так и ролью сверхравновесных концентраций дефектов, возникающих в металле в процессе облучения.

Полученные предлагаемым способом покрытия характеризуются повышенными долговечностью и эксплуатационным ресурсом работы пресс-форм, поскольку защитные покрытия формируются непосредственно в структуре пресс-форм. Это исключает растрескивание и отслаивание защитных покрытий в процессе эксплуатации, что обеспечивает снижение скорости образования нагара при формовании эластомерных композиций.

Кроме того, предлагаемое нанесение защитных покрытий введением коррозионно-стойких металлов в формующую поверхность пресс-форм направленными пучками ускоренных ионов упрощает технологию изготовления и улучшает экологию окружающей среды посредством замены гальванического хромирования на безвредные технологические операции в вакууме.

Дополнительно к этому происходит снижение расхода дефицитных коррозионно-стойких материалов (приблизительно в 10³-10⁴ раза), а также конструкционных сталей, обусловленное формированием более тонких защитных покрытий и повышением эксплуатационного ресурса пресс-форм.

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р 1. Рабочие поверхности пресс-форм, изготовленные из конструкционной стали марки 40Х, помещают в мишенную камеру и обрабатывают направленными пучками ионов хрома. Ионы хрома ускоряют до энергии 15 кВ и внедряют в пресс-формы дозой 1,1 10¹⁷ ион/см².

Средняя плотность ионного тока при этом составляет 20-30 мкА/см². После формирования защитного покрытия в нем содержится 12 ат.% хрома, сопутствующие примеси кислород, азот, углерод слоевой концентрацией приблизительно 10¹⁷ см², остальное железо. Наличие в защитном покрытии сопутствующих примесей обусловлено геттерными свойствами металла и частично дополнительным введением из остаточного вакуума при внедрении ионов хрома. Данные примеси, активируясь в процессе ионного внедрения, вступают в химическую связь с атомами железа и хрома, образуя оксикарбонитридную фазу в защитном покрытии, и этим способствуют его пассивизации и повышению коррозионной стойкости. Толщина сформированного защитного покрытия составляет 10± 1 нм.

Для получения сравнительных данных проводился контроль за поведением пресс-форм, формующие поверхности которых защищались твердым хромированием и внедрением ускоренных ионов хрома (вольфрама) в процессе формования резинотехнических изделий (армированные манжеты по ГОСТ 8752-79 гр.1). Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, формирование защитных покрытий рабочих поверхностей пресс-форм ионным внедрением хрома (вольфрама) снижает скорость образования нагара на 31-37% при введении в сталь хрома (вольфрама) с концентрацией 10 - 16 ат.% за счет увеличения продолжительности работы пресс-форм до образования нагара.

Использование предлагаемого способа нанесения защитных покрытий формующих поверхностей пресс-форм для формования эластомерных композиций обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: а) возможность нанесения защитных покрытий на поверхности сложных конфигураций, рабочих частей пресс-форм, что особо важно при изготовлении изделий с элементами выступов и полостей строгих геометрических форм; б) надежное сохранение точных размеров сложных профилей пресс-форм при нанесении защитных покрытий; в) повышение качества защитных покрытий, что приводит к существенному снижению скорости образования нагара на формующей поверхности пресс-формы в процессе эксплуатации; г) снижение расхода дефицитных коррозионно-стойких материалов, используемых для нанесения на пресс-формы защитных покрытий, а также конструкционных сталей для изготовления пресс-форм; д) упрощение технологии нанесения защитных покрытий с улучшением экологической обстановки для окружающей среды.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТАЛЬНЫХ ПРЕСС-ФОРМ для эластомерных композиций, включающий формирование защитного покрытия, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока эксплуатации прессформ за счет снижения химического взаимодействия эластомерных композиций с модифицированной поверхностью прессформы, формирование защитного покрытия осуществляют ионным внедрением ионов хрома или вольфрама до достижения концентрации 10 - 16 ат.%.