Способ формирования износостойкого покрытия на поверхности металлической детали

Авторы патента:

Чекалов Павел Дмитриевич (RU)

Чекалова Елена Анатольевна (RU)

Соломатина Раиса Дмитриевна (RU)

C23C8/36 - с использованием ионизированных газов, например ионоазотирование (разрядные трубки с устройствами для ввода объектов или материалов, подлежащих воздействию разряда H01J 37/00)

Владельцы патента RU 2548835:

Чекалова Елена Анатольевна (RU)

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано в процессах упрочнения деталей машин и инструментов. Способ включает воздействие на поверхность детали ионизированным газом, полученным пропусканием его через электроразряд, при этом покрытие формируют, по меньшей мере, локальным с помощью сопла, расположенного на расстоянии 8-10 мм от поверхности детали под углом 70-80° к ней, при этом в качестве ионизированного газа используют озонированный воздух, который получают с помощью коронного электроразряда силой тока 400 мкА, создаваемого внутри упомянутого сопла, а воздействие озонированным воздухом на поверхность детали осуществляют с давлением 0,2 кгс/см²при комнатной температуре. Воздействие озонированным воздухом на деталь из титановых сплавов осуществляют в течение 3 часов, на деталь из быстрорежущих сплавов - в течение 3,5 часов, на деталь из твердых сплавов - в течение 4 часов. Применение данного изобретения позволяет значительно упростить способ формирования износостойкого покрытия, а также снизить трудоемкость и затраты на осуществление этого процесса. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано в процессах упрочнения деталей машин и инструментов.

Известен способ получения износостойких покрытий из соединений металлов, включающий осаждение металла на поверхность изделия и его последующую обработку в вакуумной камере низкотемпературной плазмой газового дугового разряда с одновременным воздействием магнитного поля (SU 1832751, C23C 8/24, C23C 14/32, 20.01.1998). Недостатком этого способа является его сложность и высокая стоимость.

Известен способ обработки поверхности деталей из легированных сталей с целью повышения износостойкости, принятый за прототип и заключающийся в том, что деталь помещают в герметичную камеру, куда закачивают газ (N₂ или C) и создают тлеющий электроразряд, который ионизирует газ. При воздействии ионизированного газа на поверхность детали на ней создается износостойкое покрытие (JPS 55100982, C23C 22/00, C23C 8/38, 01.08.1980). Недостатком данного способа также является сложность, что влечет высокую трудоемкость, и высокая стоимость.

Задачей предлагаемого изобретения является значительное упрощение способа формирования износостойкого покрытия и исключение из этого процесса дорогостоящего оборудования и материалов, что позволяет снизить трудоемкость и затраты на осуществление данного способа.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе формирования износостойкого покрытия на поверхности металлической детали, включающем воздействие на упомянутую поверхность ионизированным газом, полученным пропусканием его через электроразряд, покрытие формируют, по меньшей мере, локальным с помощью сопла, расположенного на расстоянии 8-10 мм от поверхности детали под углом 70-80° к ней, при этом в качестве ионизированного газа используют озонированный воздух, который получают с помощью коронного электроразряда силой тока 400 мкА, создаваемого внутри упомянутого сопла, а воздействие озонированным воздухом на поверхность детали осуществляют с давлением 0,2 кгс/см²при комнатной температуре.

Пример реализации способа.

Предложенный способ может быть осуществлен, например, с помощью устройства для получения озонированного воздуха «УИВ-1», описанного в патенте RU 2279962, B23Q 11/10, 20.07.2006. Подготовленную соответствующим образом (промывка, очистка) металлическую деталь размещают на рабочем столе и закрепляют посредством оснастки. При этом поверхность детали, на которой необходимо сформировать износостойкое покрытие, и сопло «УИВ-1» должны быть расположены друг относительно друга на расстоянии 8-10 мм под углом 70-80°. Через сопло начинают подавать воздух под давлением 0,2 кгс/см², при этом внутри сопла создают коронный электроразряд силой тока 400 мкА, который позволяет на выходе из сопла получить озонированный воздух. Такое воздействие озонированным воздухом на поверхность детали осуществляют в обычных условиях при комнатной температуре в течение заданного времени. Так, например, для детали из титановых сплавов воздействие осуществляют в течение 3 часов, для детали из быстрорежущих сплавов - в течение 3,5 часов, а для детали из твердых сплавов - в течение 4 часов. Полученное в результате износостойкое покрытие, состоящее в зависимости от фазового состава материала детали из оксидов или карбидов, имеет толщину порядка 400-600 нм и может быть сформировано в зависимости от требуемых условий, по меньшей мере, локальным. Приведенные параметры режима обработки детали обусловлены получением качественного износостойкого покрытия. Выход параметров за нижние границы не позволяет обеспечить требуемую толщину и твердость покрытия, а превышение верхних границ может привести к необратимым физико-химическим и структурным изменениям материала детали, что ухудшает ее свойства.

Применение данного изобретения позволяет значительно упростить способ формирования износостойкого покрытия, а также снизить трудоемкость и затраты на осуществление этого процесса.

1. Способ формирования износостойкого покрытия на поверхности металлической детали, включающий воздействие на упомянутую поверхность ионизированным газом, полученным пропусканием его через электроразряд, отличающийся тем, что покрытие формируют, по меньшей мере, локальным с помощью сопла, расположенного на расстоянии 8-10 мм от поверхности детали под углом 70-80° к ней, при этом в качестве ионизированного газа используют озонированный воздух, который получают с помощью коронного электроразряда силой тока 400 мкА, создаваемого внутри упомянутого сопла, а воздействие озонированным воздухом на поверхность детали осуществляют с давлением 0,2 кгс/см²при комнатной температуре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие озонированным воздухом на деталь из титановых сплавов осуществляют в течение 3 часов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие озонированным воздухом на деталь из быстрорежущих сплавов осуществляют в течение 3,5 часов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие озонированным воздухом на деталь из твердых сплавов осуществляют в течение 4 часов.

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.

Устройство для химико-термической обработки деталей в несамостоятельном тлеющем разряде // 2544729

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов, в частности к ионному азотированию, и может быть использовано в машиностроении, автостроении и арматуростроении.

Способ формирования нанокомпозитного покрытия на поверхности изделия // 2541261

Изобретение относится к области машиностроения, к способам образования защитных покрытий на изделиях, имеющих тонкостенные и толстостенные части и выполненных из стали или титанового сплава.

Способ локальной обработки материала при азотировании в тлеющем разряде // 2534907

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов.

Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании // 2534906

Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании // 2534697

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности, для поверхностного упрочнения материалов.

Способ и устройство для ускоренного азотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля // 2532779

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу ионоазотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля. Обеспечивают подачу в камеру для азотирования реакционного газа, его нагрев с одновременным генерированием в камере переменного электромагнитного поля посредством соленоида.

Способ ионно-плазменного азотирования длинномерной стальной детали // 2528537

Изобретение относится к способу ионно-плазменного азотирования длинномерной стальной детали. Способ включает нагрев детали, изотермическую выдержку, предварительное азотирование, окончательное азотирование и охлаждение.

Способ изготовления деталей машин с получением субмикро- и наноструктурированного состояния диффузионного приповерхностного слоя при азотировании // 2524892

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам повышения механических свойств приповерхностных слоев деталей машин из сплавов на основе железа с получением субмикро- или наноструктурированного состояния диффузионных слоев.

Способ формирования микроструктурированного слоя нитрида титана // 2522919

Изобретение относится к способу формирования микроструктурированного слоя нитрида титана. Формирование микроструктурированного слоя нитрида титана осуществляют путем воздействия на титановую подложку фемтосекундным лазерным излучением с энергией в импульсе порядка 100 мкДж и с плотностью мощности в импульсе порядка 1013 Вт/см2 в среде жидкого азота.

Способ ионно-плазменного прецизионного азотирования поверхностей металлических изделий // 2555692

Изобретение относится к плазменной химико-термической обработке, а именно к способу ионно-плазменного прецизионного азотирования металлических поверхностей, и может быть использовано в машиностроении, двигателестроении, металлургии и других отраслях промышленности. Предварительно инициируют газоразрядную плазму на основе аргона. После выдержки в инициированной плазме на основе аргона в газоразрядную плазму вводят азот, подают отрицательный потенциал смещения на обрабатываемое изделие с плавным изменением его до рабочего значения и осуществляют изотермическую выдержку. После этого заменяют аргон-азотную смесь чистым азотом, создавая плазменный поток, содержащий ионы азота, повышают отрицательный потенциал смещения и температуру изделия и выполняют изотермическую выдержку в азотной плазме. В результате на поверхности изделия формируется азотированный слой со стабильно равновесной микроструктурой без хрупкой поверхностной структуры и, как следствие, увеличивается твердость, отсутствует коробление изделий, обеспечивается сохранение исходных геометрических размеров при одновременном ускорении азотирования в 3-5 раз. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр., 6 ил.

Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме // 2558320

Изобретение относится к области термической, химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности. Способ упрочнения поверхностей деталей из титановых сплавов включает азотирование с последующим отжигом. Азотирование деталей проводят в вакуумной камере в газовой смеси 15 мас.% азота и 85 мас.% аргона при температуре 650-700°C путем вакуумного нагрева в плазме повышенной плотности с эффектом полого катода. Плазму повышенной плотности формируют между деталью и экраном, выполненным с отверстиями и изготовленным из титанового сплава, затем проводят вакуумный диффузионный отжиг в аргоне при температуре 800-850°C. Повышается твердость и контактная износостойкость титановых сплавов, при меньшем давлении рабочего процесса и меньшем временем выдержки. 3 ил., 1 пр.

Способ химико-термической обработки детали из легированной стали // 2559606

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, а также режущего инструмента и штамповой оснастки. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали включает размещение детали в рабочей камере, активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя. Активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят с помощью ионно-имплантационной обработки поверхности детали при энергии ионов от 25 до 30 кэВ, дозе облучения от 1,6·1017 см-2 до 2·1017 см-2, скорости набора дозы облучения от 0,7·1015 с-1 до 1·1015 с-1 и при использовании в качестве имплантируемых ионов следующих элементов: С, N или их комбинации. В частных случаях осуществления изобретения химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом. В качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию. Обеспечивается повышение производительности и качества процесса химико-термической обработки, а также повышение износостойкости деталей после нее. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме // 2562185

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа, в медицине и других отраслях промышленности. Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов осуществляют азотированием в тлеющем разряде в вакуумной камере в газовой смеси 15 мас.% азота и 85 мас.% аргона при температуре 650-700°С путем вакуумного нагрева в плазме повышенной плотности с эффектом полого катода. Плазму повышенной плотности формируют между деталью и экраном, выполненным с отверстиями и изготовленным из титанового сплава. Обеспечивается интенсификация процесса азотирования и повышение твердости и контактной износостойкости упрочненного слоя титановых сплавов при меньшем давлении в процессе азотирования и меньшем временем выдержки. 6 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде // 2562187

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа. Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов азотированием в тлеющем разряде осуществляют азотированием в вакуумной камере в газовой смеси 15 мас.% азота и 85 мас.% аргона при температуре 650-700°С путем вакуумного нагрева в плазме повышенной плотности с эффектом полого катода в течение 4 часов. Плазму повышенной плотности формируют между деталью и экраном, выполненным с отверстиями и изготовленным из титанового сплава. Затем повышают давление до 300 Па и проводят азотирование в газовой среде азота при температуре 650-700°С в течение 4 часов без эффекта полого катода. Обеспечивается увеличение контактной долговечности и износостойкости упрочненного слоя за счет комбинированной обработки азотированием различными способами за один технологический цикл в одном вакуумном объеме. 5 ил., 1 пр.

Износостойкое антифрикционное покрытие // 2567125

Изобретение относится к прецизионным износостойким антифрикционным покрытиям, полученным путем вакуумно-дугового осаждения, и может быть использовано в машиностроении, авиастроении, при создании конструкций с повышенными антиэрозионными, антифрикционными и защитными свойствами. Износостойкое антифрикционное покрытие деталей пар трения содержит азотированный слой и слои нитрида титана и алюминия. На азотированной поверхности детали выполнен первый слой из титана, второй слой выполнен в виде чередующихся нанослоев титана и нитрида титана, а после третьего слоя, выполненного в виде чередующихся нанослоев нитрида титана и нитрида алюминия, выполнен четвертый слой из нитрида алюминия. Обеспечивается повышение износостойкости покрытия, в том числе эрозионному воздействию агрессивной среды, при этом в узлах трения с распределительным золотником достигается высокая надежность работы серийных и новых конструкций агрегатов и увеличивает их ресурс в 5-20 раз. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

Способ получения упрочненного сплава при помощи плазменного азотирования // 2569438

Изобретение относится к способу получения упрочненного сплава, имеющего металлическую основу, в объеме которой диспергированы наночастицы, из которых по меньшей мере 80% имеют средний размер от 0,5 нм до 50 нм. Указанные наночастицы содержат по меньшей мере один нитрид, выбранный из нитридов по меньшей мере одного элемента-металла М, выбранного из группы, содержащей Ti, Zr, Hf и Та. Способ включает следующие последовательные этапы, на которых a) осуществляют плазменное азотирование основного сплава при температуре от 200°C до 700°C для введения в него внедренного азота, причем указанный основной сплав содержит от 0,1% до 1% по весу элемента-металла М и выбран из аустенитного, ферритного, ферритно-мартенситного сплава или сплава на основе никеля, b) проводят диффундирование внедренного азота в указанном основном сплаве при температуре от 350°C до 650°C и c) осуществляют выделение нитрида при температуре от 600°C до 900°C в течение от 10 минут до 10 часов с образованием указанных наночастиц, диспергированных в упрочненном сплаве. Обеспечивается получение сплава, упрочненного частицами нитрида. 28 з.п. ф-лы, 1ил.

Способ химико-термической обработки изделия // 2587365

Изобретение относится к области упрочняющей обработки материалов, в частности к способам химико-термической обработки изделий путем нанесения металлосодержащих покрытий различного назначения. Способ включает химико-термическую обработку изделия, изготовленного из материала, способного к насыщению неметаллами 2-го периода с образованием твердого раствора неметаллов 2-го периода и их неустойчивых соединений, при этом сначала поверхностный слой насыщают неметаллом 2-го периода и напыляют на поверхность металлы IV-V групп, после чего инициируют реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза металлов IV-V групп с неметаллами 2-го периода путем импульсного нагрева поверхности изделия до температуры Т, которую выбирают из следующих условий: Т>Ти; Т>Тд, где Ти - температура инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза между металлами IV и V групп и неметаллами 2-го периода; Тд - температура диссоциации неустойчивых соединений неметаллов 2-го периода с материалом изделия. Технический результат заключается в повышении качества обработки изделия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда // 2590439

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента. Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда включает размещение изделия в вакуумной камере и присоединение изделия к высоковольтному источнику питания, герметизацию вакуумной камеры и создание в ней высокого вакуума с последующей заменой на атмосферу чистого азота, получение стабильной плазмы тлеющего разряда в атмосфере чистого азота с помощью высоковольтного источника питания и потока электронов от вольфрамовой нити накала, установленной параллельно оси вакуумной камеры, который создают нагревом нити накала до температуры 2000-2500°С. Получают плазму тлеющего разряда повышенной плотности в атмосфере чистого азота путем воздействия на поток электронов и ионов электромагнитным полем с использованием кольцевых электромагнитов, обеспечивающих электронам и ионам движение по винтовым траекториям переменного радиуса. Для осуществления нагрева изделий до температуры азотирования в упомянутой плазме тлеющего разряда повышенной плотности на подложку с изделиями подают напряжение 2000 В, затем уменьшают напряжение на подложке до 1800-1500 В для поддержания постоянной температуры азотирования, при этом обеспечивают плотность тока разряда равной 104 А/м2, при которой азотирование проводят в течение 2-3 часов. Обеспечивается повышение скорости азотирования, а также микротвердости и износостойкости азотированного покрытия. 1 ил., 1 пр.

Способ термоводородной обработки полуфабрикатов и изделий из пористого материала на основе титана и его сплавов // 2594548

Изобретение относится к термоводородной обработке полуфабрикатов и изделий из пористого материала на основе титана и его сплавов для медицинских имплантатов. Способ включает термодиффузионное насыщение водородом и вакуумный отжиг. Термодиффузионное насыщение водородом ведут при температуре 700-900°С до концентрации водорода 0,2-0,4 мас.%, а затем при температуре 500-650°С до концентрации водорода 0,5-0,9 мас.%. Вакуумный отжиг ведут при температуре 550-700°С до концентрации водорода не более 0,01 мас.%. Обеспечивается повышение прочностных характеристик пористого материала за счет увеличения доли физических контактов волокон между собой. 2 пр.