Способ получения покрытия нитрида титана



Способ получения покрытия нитрида титана
Способ получения покрытия нитрида титана

 


Владельцы патента RU 2506344:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий, а именно покрытий из нитрида титана, и может быть использовано в металлообработке. Способ включает очистку поверхности пескоструйной обработкой и нанесения покрытия детонационным методом. При этом покрытие получают из исходного титанового порошка в присутствии азотирующей добавки азида натрия. Технический результат - повышение производительности нанесения, снижения энергоемкости процесса и снижения нагрева подложки в процессе нанесения покрытия. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на поверхности деталей машин и может быть использовано в металлообработке.

Известен способ нанесения покрытий нитрида титана [1], включающий очистку обрабатываемой поверхности и вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия с использованием реакционного газа, при этом обрабатываемое изделие помещают в вакуумную камеру установки, оснащенной магнетронами, электродуговыми испарителями и нагревателем, проводят очистку обрабатываемой поверхности в три этапа, на первом - в тлеющем разряде при бесконтактном нагреве поверхности нагревателем до 100°C, на втором - в плазме магнетронного разряда, на третьем - проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа (при нагреве поверхности до 300-350°C), затем наносят нижний слой титана и наносят чередующиеся слои нитрида титана и нитрида циркония в газовой смеси инертного и реакционного газов.

Недостатком вышеописанного способа является сложность нанесения толстых покрытий (десятки и сотни микрометров) из-за низкой производительности используемого метода вакуумного осаждения, высокая энергоемкость нанесения покрытия, а также необходимость сильного нагрева основного материала, способная привести к нежелательным процессам (фазовым превращениям, разупрочнению, короблению детали и др.).

В качестве прототипа выбран способ [2], в котором помещают подложку в вакуумную камеру установки, оснащенную магнетронными распылителями, электродуговыми испарителями и резистивным нагревателем, проводят очистку поверхности подложки в тлеющем разряде при нагреве поверхности до 100°C, проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа (при нагреве поверхности до 300-350°C), затем наносят нижний слой титана и наносят чередующиеся слои нитридов титана и алюминия смеси инертного и реакционного газов.

Недостатком вышеописанного способа является сложность нанесения толстых покрытий (десятки и сотни микрометров) из-за низкой производительности используемого метода вакуумного осаждения, высокая энергоемкость нанесения покрытия, а также необходимость сильного нагрева основного материала, способная привести к нежелательным процессам (фазовым превращениям, разупрочнению, короблению детали и др.).

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении производительности процесса нанесения покрытия, снижении энергоемкости процесса и снижении нагрева подложки в процессе нанесения покрытия.

Технический результат достигается тем, что выполняют очистку поверхности и наносят покрытие нитрида титана в среде реакционного газа, при этом очистку обрабатываемой поверхности производят пескоструйной обработкой, а покрытие наносят детонационным методом.

Поставленная задача решается за счет:

- использования для создания покрытия энергии взрыва детонирующей газовой смеси (ацетилен 50% -кислород 50%), а не электрической энергии, что повышает энергоэффективность процесса нанесения покрытия;

- отсутствия необходимости подогрева подложки, что также повышает энергоэффективность и предотвращает нежелательные термоактивируемые процессы (коробление поверхности, фазовые превращения, разупрочнение и др.) в материале подложки;

- использования метода детонационного напыления, который обеспечивает высокую производительность процесса нанесения покрытия (при частоте выстрелов до 10 Гц за один выстрел наносится слой толщиной до 10 мкм).

Заявленный способ реализуется по следующим этапам:

- Производят очистку подложки методом пескоструйной обработки.

- Приготавливают смесь порошков титана и азида натрия.

- Наносят детонационное покрытие нитрида титана с использованием приготовленной смеси порошков. Сущность происходящих процессов заключается в том, что при взрыве азид натрия разлагается с выделением большого количества азота, который является одновременно защитным и реакционным газом. Частицы титана в стволе детонационной установки разогреваются до температуры плавления и вступают в реакцию с азотом с образованием нитрида титана, осаждаемого на подложку в виде покрытия.

Пример реализации.

Наносили покрытие нитрида титана на медную подложку с использованием автоматизированного детонационного комплекса «Дракон». Для осуществления реакции образования нитрида использовался азот, выделяемый в процессе термического разложении азида натрия

NaN3→Na+N2+N

На протекание реакции идет только азот, выделяющийся при разложении азида натрия. Расчет масс компонентов, вступающих в реакцию с образованием нитрида титана TiN проводили по уравнению:

3Ti+NaN3=3TiN+Na

Исходные компоненты титан и азид натрия загружаются в челнок дозатора. Объем стандартной лунки челнока дозатора равен Vч=0,8·0,15·0,15=0,018 см3. Плотность загружаемой смеси .

Масса загружаемой смеси равна Vч·ρ=0,0696 г. Определили массу порошка титана:

.

Таким образом, механическую смесь порошков готовили исходя из соотношения m(Ti)/m(NaN3)=3,15. Далее на медную подложку выполняли 300 выстрелов. Для снижения влияния воздушной среды ствол детонационной установки заполняли азотом под избыточным давлением 1,1 атм. Полученное покрытие имело толщину 40 мкм. Масса образованного слоя равна 300 мг. Цвет покрытия черный с налетом желтого цвета. В результате был проведен рентгенофазовый анализ полученного покрытия (фиг.1).

Из рентгенограммы видно, что побочные продукты типа оксида и гидроксида натрия в нитридах отсутствуют. Таким образом, результаты рентгенофазового анализа подтвердили возможность детонационного нанесения покрытий нитрида титана.

На фиг.1 показана рентгенограмма полученного покрытия нитрида титана.

На фиг.2 представлена структура полученного покрытия нитрида титана.

Используемая литература

1. Патент РФ №2361013. Способ получения износостойкого покрытия / В.Н. Анциферов, А.Л. Каменева, А.Ю. Клочков, Р.С. Новиков. Опубл. 10.07.2009, бюл. №19.

2. Патент РФ №2429311. Способ получения покрытия на основе сложных нитридов / В.Н. Анциферов. А.Л. Каменева. Опубл. 20.09.2011, бюл. №26.

Способ получения покрытия нитрида титана, включающий очистку поверхности и нанесение покрытия нитрида титана в среде реакционного газа, отличающийся тем, что очистку поверхности производят пескоструйной обработкой, а покрытие наносят детонационным методом, причем покрытие из нитрида титана получают из исходного титанового порошка в присутствии азотирующей добавки азида натрия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к детонационному напылению. Может использоваться для разгона и нагрева порошков при нанесения покрытий.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к нанесению детонационных покрытий на поверхности деталей машин. Технический результат - повышение равномерности толщины получаемого покрытия.

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для формирования антимикробного покрытия при изготовлении внутритканевых эндопротезов на титановой основе.
Изобретение относится к области получения на деталях наплавкой износостойких покрытий из порошковых материалов и может найти применение для изделий судостроения, авиационной промышленности, теплоэнергетического машиностроения, нефтегазодобывающей, металлургической и химической промышленности.
Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с использованием выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного износа и высоких контактных нагрузок в судостроительной промышленности, энергетике, прецизионном машино- и приборостроении.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для защиты теплонагруженных узлов и элементов конструкции двигательных установок от теплового и эрозионного разрушения в струе высокотемпературных продуктов сгорания топлива, содержащих, в частности, конденсированную фазу, путем плазменного напыления эрозионностойких теплозащитных покрытий.

Изобретение относится к области нанесения покрытий, а именно к электровзрывному напылению композиционных покрытий системы Al-TiB2 на алюминиевые поверхности. Технический результат - повышение износостойкости и микротвердости покрытия, увеличение его адгезии к основе.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении абразивных кругов, работающих на повышенных скоростях, или при силовом шлифовании.

Изобретение относится к технологии нанесения защитно-декоративных покрытий. .
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электродуговым способам нанесения покрытий на поверхности изделий с использованием металлических проволок, в частности, ремонтном производстве при восстановлении формы и размеров деталей.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для защиты теплонагруженных узлов и элементов конструкции двигательных установок от теплового и эрозионного разрушения в струе высокотемпературных продуктов сгорания топлива, содержащих, в частности, конденсированную фазу, путем плазменного напыления эрозионностойких теплозащитных покрытий.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нанесению покрытий газотермическим напылением, и может быть использовано для защиты деталей от износа, а также при ремонте деталей.

Изобретение относится к композиционным материалам на основе тугоплавких металлов и может быть использовано в электролизерах при получении алюминия. .

Изобретение относится к блоку цилиндров двигателя. .
Изобретение относится к технологии производства поверхностного покрытия для тиглей, предназначенных для приведения в контакт с жидкими материалами при высокой температуре, такими как жидкий кремний, с целью их затвердевания, например, в форме цилиндров.

Изобретение относится к плазменной технологии, а именно к способу плазменной обработки дисперсного материала. .

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из оксида алюминия на деталь, имеющую поверхность из карбида кремния (SiC) и используемую в высокотемпературных областях техники.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на деталь с выполненной из карбида кремния (SiC) поверхностью. .

Изобретение относится к технологии газотермического напыления, а именно к плазменным способам напыления износостойких покрытий на детали, работающие при одновременном воздействии износа и коррозионных сред, и может быть использовано в машиностроении, металлургии, энергетике и других сферах производства.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения порошковой композиции на основе карбосилицида титана для ионно-плазменных покрытий.

Изобретение относится к технологии электролитического производства алюминия из криолит-глиноземных расплавов, в частности к материалу для смачиваемого катода алюминиевого электролизера.
Наверх