Способ нанесения покрытий

 

Изобретение относится к способам нанесения покрытий и может быть использовано в металлообработке при защите поверхности от различных видов воздействия для изменения физико-химических свойств поверхности, а также для нанесения декоративного покрытия. Сущность изобретения состоит в том, чтобы решить задачу нанесения на деталь из металла или сплава слоя покрытия произвольного в том числе сложного химического состава, имеющего с материалом основы высокую прочность сцепления. Это достигается тем, что на поверхности детали сначала создают промежуточный подслой материала, отличного от материала покрытия, а далее ведут термическую обработку детали, установленной в качестве катода вакуумно-дуговой установки "Суперскан"до удаления подслоя и формирования диффузионного слоя материалов покрытия и детали. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способам нанесения покрытий и может быть использовано в металлообработке при защите поверхности от различных видов воздействия (химических, термических, радиолокационных, лазерных и иных), для изменения физико-химических свойств поверхности, а также для нанесения декоративного покрытия.

Известны различные способы нанесения покрытий на металле: гальванические, напыление, металлизация и др.

Наиболее близким по технической сущности является способ нанесения покрытий [1] согласно которому металлическую деталь размещают в контейнере, заполненном порошком металла покрытия и твердыми ударными телами, подвергают соударениям благодаря вращению или вибрации контейнера. В результате соударений поверхности деталей и ударных тел происходит внедрение отдельных частиц порошка в материал детали и их пластическое деформирование. В точках соударений происходит мгновенный местный нагрев до высоких температур, благодаря чему создаются условия для диффузионного сцепления покрытия с поверхностью детали. Основным недостатком этого способа является низкая прочность сцепления покрытия с поверхностью детали, обусловленная недостаточным количеством точек сцепления на диффузионном уровне, и неравномерным их распределением по поверхности детали, а также пористостью покрытия.

В основу изобретения положена задача нанесения на деталь из металла или сплава слоя покрытия произвольного, в том числе сложного химического состава, имеющего с материалом основы высокую прочность сцепления.

Это достигается тем, что в способе нанесения покрытий в вибрирующей среде, включающей материал покрытия и твердые ударные тела, на поверхности детали образуют слой материала покрытия, согласно изобретению, перед образованием слоя материала покрытия или одновременно с ним на поверхности детали образуют промежуточный слой материала, отличный по физико-химическим свойствам от материала покрытия и материала детали. Затем деталь с образованными на ее поверхности слоями устанавливают в вакуумной камере в качестве катода, при этом обеспечивают равенство импедансов в каждой точке поверхности анода, обращенной к катоду, а давление в вакуумной камере поддерживают соответствующим диффузному режиму электрического разряда в прианодной области. Между деталью, установленной в качестве катода, и анодом инициируют электрический разряд с образованием катодных пятен, плазмообразующее вещество удаляют из разрядного промежутка направленными вдоль анода потоками, сканирование катодными пятнами осуществляют однократно по всему промежуточному слою материала, а одновременно со сканированием образуют переходный слой с переменной концентрацией материала детали и материала покрытия, располагающийся по всей поверхности детали.

П р и м е р 1. Для получения антикоррозионного покрытия из алюминия цилиндрическую шлифованную деталь из стали диаметром 16 мм и длиной 60 мм размещают в контейнере объемом 0,1 дм³, заполненном ударными телами в виде шариков диаметром 8 мм из стали и порошком алюминия массой 1 г. После герметизации контейнер подвергают круговой вибрации с амплитудой 5 мм и частотой 25 Гц в течение 15 мин, после чего контейнер разгерметизируют и извлекают деталь с образованными на ее поверхности слоем материала покрытия алюминия и промежуточным слоем, включающим материалы детали, покрытия и их термические окислы, а также адсорбированные молекулы атмосферы. Деталь с образованными на ее поверхности слоями устанавливают в вакуумной камере в качестве катода и помещают аксиально внутрь анода. Обеспечивают равенство импедансов в каждой точке поверхности анода, обращенной к катоду, в частности токоподводы к аноду и катоду осуществлены симметрично с обоих торцов, электрические сопротивления токоподводов выполнены равными. Остаточное давление воздуха в вакуумной камере составляет 3 Па. Между деталью, установленной в качестве катода, и анодом инициируют электрический разряд с образованием катодных пятен. Плазмообразующее вещество удаляют из разрядного промежутка направленными вдоль оси анода потоками. Истечение плазмообразующего вещества из разрядного промежутка обусловлено, в частности, пониженным давлением воздуха в вакуумной камере, скорость истечения обеспечивает организацию электрического разряда таким образом, чтобы в прианодной области разряд существовал в диффузном режиме. Инициированный электрический разряд однократно сканирует катодными пятнами каждую точку поверхности катода, испаряет промежуточный слой и образует переходный слой с переменной концентрацией материала детали и материала покрытия алюминия, после чего самопроизвольно погасает. При этом начальный ток разряда 100 А, конечный 70 А, начальное напряжение 15,5 В, конечное 17,5 В, время существования разряда 1,9 с.

П р и м е р 2. Для получения жаростойкого покрытия используют порошок двуокиси циркония, а сам способ реализуют аналогично вышеописанному. Разница заключается в том, что начальный ток разряда составлял 95 А, конечный 65 А, начальное напряжение 15 В, конечное 17 В, время существования разряда 2,1 с.

П р и м е р 3. Для получения износостойкого покрытия, а также покрытия, обладающего декоративными свойствами, в описанном способе используют порошок нитрида титана. Отличие состоит в том, что начальный ток разряда составлял 90 А, конечный 60 А, начальное напряжение 15,5 В, конечное 17,5 В, время существования разряда 2 с.

Таким образом, в результате реализации заявляемого способа на поверхность металлической детали может быть нанесено покрытие произвольного химического состава, прочно скрепленного с деталью, не имеющее пористости.

Формула изобретения

1. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ путем образования на поверхности детали слоя материала покрытия в вибрирующей среде, включающей материал покрытия и твердые ударные тела, отличающийся тем, что на поверхности детали перед образованием слоя материала покрытия или одновременно с ним создают промежуточный подслой материала, отличный от слоя материала покрытия, затем деталь размещают в вакуумной установке в качестве катода и плазмой вакуумно-дугового разряда, иницируемой методом "Суперскан", ведут термическую обработку слоев покрытия детали до удаления подслоя и образования диффузионного слоя материала покрытия и детали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициирование плазмы вакуумно-дугового разряда осуществляют методом "Суперскан", включающим вакуумирование, обеспечивающее формирование диффузного режима разряда в прианодной области, поджиг вакуумной дуги при подаче потенциалов на разрядные электроды в условиях равных импедансов каждой точки рабочей поверхности анода и регулируемое удаление плазмообразующего вещества из разрядного промежутка.