Способ нанесения многослойного металлического покрытия для восстановления изношенных деталей и его вариант

 

Предложен способ нанесения износостойкого многослойного металлического покрытия термическим разложением карбонилов металлов VI-VII групп Периодической системы при пониженном давлении, в котором один из слоев наносят из смеси карбонила металла VI группы и монооксида углерода в объемном соотношении паров 1:(5-10) соответственно, при 500-595^oC или из паров легколетучего металлоорганического соединения меди, а следующий слой из смеси карбонилов металлов VIII и VI групп в объемном соотношении паров 10:(1-5) при температуре ниже 500^oC, при этом в качестве соединения меди используют- дикетонаты и иминокетонаты меди. 2 с.и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий путем термического разложения металлоорганических соединений (МОС) в газовой фазе на металлических поверхностях деталей после их частичного износа. Изобретение может быть использовано в производствах, связанных с ремонтом отдельных деталей двигателей и узлов машин и механизмов, подвергшихся износу.

Известен способ нанесения металлических покрытий путем совместного разложения при повышенной температуре β -дикетонатов никеля и меди (заявка N 90/8844, С 23 С 16/18, 1989).

При этом получают твердые сплавы одинакового состава по всей толщине покрытия. Такие покрытия, как отмечается в патенте, отличаются высокой твердостью и в ряде случаев превышают твердость подложки.

Известен также способ получения хром-никелевых покрытий из газовой фазы (патент США N 3050417, 117-1072, 1954). Способ заключается в том, что металлическую подложку, выдерживающую повышенную температуру, сначала нагревают до 538^oC при давлении в реакторе 0,02-0,2 мм рт. ст. и подают карбонил никеля в присутствии двуокиси углерода в качестве несущего газа. Затем температуру подложки уменьшают до 199^oC и подают в камеру наряду с карбонилом никеля также и карбонил хрома, после чего температуру подложки поднимают до 218^oC. При осуществлении данного способа вначале происходит осаждение никелевого слоя, а затем хромоникелевого слоя.

Недостатком этих способов является то, что получаемые металлические слои не обладают антифрикционными свойствами, что может приводить к быстрому износу сопрягаемых деталей.

Наиболее близким по технической сущности является способ нанесения многослойного металлического покрытия, которое наносится термическим разложением паров карбонилов металлов при пониженном давлении (авт.св. СССР N 430195, С23 С 16/16, 1971).

Недостатком указанного способа является отсутствие антифрикционных свойств получаемых слоев металла, что для сопрягаемых пар трения вращающихся деталей является весьма существенным недостатком.

Технической задачей изобретения является получение многослойного металлического покрытия для восстановления изношенных деталей с высокими антифрикционными свойствами в сочетании с высокой твердостью.

Для решения указанной задачи предложены два варианта способа нанесения многослойного металлического покрытия для восстановления изношенных деталей. В первом варианте, включающем термическое разложение паров карбонилов металла VI-VIII группы при пониженном давлении, согласно изобретению, один из слоев наносят из смеси карбонилов металла VI группы и монооксида углерода с объемным соотношением паров 1:(5-10) при 500-595^oC, а следующий за ним слой из смеси карбонилов металлов VIII и VI группы с объемным соотношением паров 10:(1-5) при температуре ниже 500^oC.

В качестве легколетучего металлоорганического соединения меди могут использоваться b -диметонаты и b -иминокетонаты меди.

В качестве карбонилов металлов VI группы используют карбонилы вольфрама, молибдена, хрома, а VIII группы карбонилы никеля, железа, кобальта и др.

В качестве легколетучих металлоорганических соединений меди используют b -дикетонаты и b -иминокетонаты, в частности ацетилацетонат Cu(АА)₂, трифтор-ацетонат-Cu(ТФА)₂, иминоацетилацетонат-Cu(N АА)₂.

Пример осуществления способа. В рабочую камеру помещают деталь и вакуумируют систему до 1·10^-2 мм рт.ст. Деталь нагревают до 500^oC, после чего в камеру подают смесь, состоящую из паров карбонила хрома и монооксида углерода в соотношении 1:5 соответственно, при остаточном давлении 9·10^-1 мм рт. ст. Затем прекращают подачу указанной смеси, а температуру детали снижают до 300^oC, после чего в рабочую камеру подают смесь паров карбонилов никеля и хрома в соотношении 10:1 при остаточном давлении 2·10^-1 мм рт.ст. в течение 15 мин.

После этого последовательно повторяют эти стадии до получения шести двойных слоев. Общая толщина полученного покрытия равна 48 мкм.

Стендовые испытания детали с полученным вышеописанным методом покрытием на машине СМЦ-2 показали, что коэффициент ее относительной износостойкости равен 1,2.

Износостойкость при отсутствии подачи смазки равна 35 мг/ч, а прочность сцепления покрытия с подложкой 112 МПА.

Условия проведения и результаты экспериментов по другим режимам представлены в таблице.

Как следует из данных таблицы, в примерах 1, 3, 4, 5, в которых параметры процесса соответствуют формуле изобретения, покрытия характеризуются повышенными значениями коэффициента относительной износостойкости, определяемым как отношение износостойкости получаемого покрытия V₂ к износостойкости материала детали V₁, и уменьшением степени их износа при отсутствии смазки.

При отклонении от предлагаемых параметров (примеры 1, 6) наблюдается снижение эксплуатационных свойств покрытий.

Получаемые покрытия из чередующихся слоев толщиной до 1 мм в своем составе содержат антифрикционные элементы сажистый углерод или медь и твердые слои из совместно осажденных металлов, равномерно распределенные по всей толщине, вследствие чего возрастает коэффициент относительной износостойкости детали. Для детали с предложенным покрытием практически исключается нежелательный эффект "схватывания". Кроме того, прочность сцепления покрытия с поверхностного слоя подложки достаточно высока.

В совокупности указанные свойства улучшают эксплуатационные характеристики восстановленных деталей.

Формула изобретения

1. Способ нанесения многослойного металлического покрытия для восстановления изношенных деталей, включающий термическое разложение карбонилов металлов VI-VIII групп при пониженном давлении, отличающийся тем, что один из слоев наносят из смеси карбонила металла VI группы и монооксида углерода с объемным соотношением паров 1 5-10 при 500 595^oС, а следующий за ним слой из смеси карбонилов металлов VIII и VI групп с объемным соотношением паров 10 1 5 при температуре ниже 500^oС.

2. Способ нанесения многослойного металлического покрытия для восстановления изношенных деталей, включающий термическое разложение металлоорганических соединений при пониженном давлении, отличающийся тем, что один из слоев наносят из паров легколетучего металлоорганического соединения меди при 350 400^oС, а следующий за ним слой из смеси карбонилов металлов VIII и VI групп с объемным соотношением паров 10 1 5 при температуре ниже 500^oС.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве легколетучего металлоорганического соединения меди используют бета-дикетонаты и бета-иминокетонаты меди.

РИСУНКИ

Рисунок 1