Способ поверхностного упрочнения металлических изделий

Авторы патента:

C23C28/04 - только покрытий из неорганического неметаллического материала

Владельцы патента RU 2555320:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к диффузионному поверхностному легированию металлических материалов и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента. Способ поверхностного упрочнения металлических изделий включает нанесение на поверхность изделия слоя жидкого или гелеобразного электропроводного адгезионного материала, а затем слоя порошка материала, содержащего легирующий элемент, или нанесение смеси этих компонентов. Затем осуществляют размещение металлического изделия в контейнере, заполненном порошком каменного угля, и нагрев изделия пропусканием электрического тока с использованием в качестве электродов упомянутого контейнера и металлического изделия. В частном случае осуществления изобретения в качестве адгезионного материала используют материал, который при нагреве не выделяет продуктов, препятствующих диффузии легирующих элементов в поверхность изделия. Обеспечивается упрочнение поверхности металлического изделия за счет формирования высокотвердого легированного слоя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к диффузионному поверхностному легированию металлических материалов, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента.

Известен способ диффузионного поверхностного упрочнения в порошковых смесях с использованием индукционного электронагрева. При этом способе детали, подлежащие насыщению, вместе с порошковой засыпкой упаковывают в специальный контейнер и нагревают в многовитковом индукторе с помощью высокочастотного генератора (Ворошнин Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. Минск: Новое знание, 2010, стр.100). Достоинством этого способа является сокращение времени обработки по сравнению с химико-термической обработкой при печном нагреве за счет увеличения скорости формирования диффузионного слоя и ускорения химических реакций в насыщающей среде и на поверхности обрабатываемых изделий под действием высокочастотного нагрева. Недостатком данного способа является повышенная энергоемкость, обусловленная необходимостью прогрева всего объема насыщающей среды от нагретых токами высокой частоты контейнера и детали.

Известен способ диффузионного насыщения металлических изделий в порошковых токопроводящих смесях, нагреваемых за счет пропускания электрического тока (Ворошнин Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. Минск: Новое знание, 2010, стр.101). В процессе обработки, кроме изделия, в огнеупорный муфель помещают два электрода, засыпают их порошковой смесью и закрывают крышкой. На электроды, расположенные с противоположных сторон муфеля, подается электрическое напряжение 10…59 В. Этот способ обработки обеспечивает более высокую скорость диффузионного насыщения, чем предыдущий способ, однако требует нагревания всего объема токопроводящей смеси, что приводит к излишним энергетическим затратам.

Наиболее близким к предлагаемому является способ диффузионного насыщения, включающий размещение металлического изделия в контейнере с электропроводной порошковой средой, в качестве которой используют порошок каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм с последующим нагревом порошковой смеси за счет пропускания через нее электрического тока с использованием электродов, в качестве которых используют контейнер и изделие с соотношением площадей, составляющим величину не менее 10:1, причем контейнер выполняют в форме, соответствующей форме поверхности упрочняемого изделия, которое располагают в контейнере эквидистантно (патент РФ №2477336, МПК С23С 8/60, 2013 г.).

Такой способ обработки позволяет осуществить насыщение поверхности изделия только одним легирующим элементом - углеродом (цементацию).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность насыщения поверхности изделия различными легирующими элементами.

Технический результат достигается тем, что в способе поверхностного упрочнения металлических изделий, включающем размещение металлического изделия в контейнере, заполненном порошком каменного угля, нагрев изделия пропусканием электрического тока с использованием в качестве электродов контейнера и изделия, отличием является то, что перед размещением металлического изделия в контейнере на поверхность изделия наносят слой жидкого или гелеобразного электропроводного адгезионного материала, а затем слой порошка материала, содержащего легирующий элемент, или наносят смесь этих компонентов.

Адгезионный материал предназначен для удержания на поверхности изделия слоя, содержащего легирующий элемент, и для коммутирования электрической цепи: источник питания - контейнер - порошковая среда - изделие.

В качестве адгезионного материала может быть использован материал, который при нагреве не выделяет продуктов, препятствующих диффузии легирующих элементов в поверхность изделия.

Порошок каменного угля может быть взят зернистостью 0,3-0,6 мм.

Ниже приведены примеры реализации способа.

1. На поверхность образцов из стали марки 20 цилиндрической формы диаметром 12 мм и длиной 30 мм наносят слой толщиной 0,2-0,5 мм универсального электродного геля «Униагель» производства ООО «Гельтек-Медика», обладающего высокой электропроводностью, адгезионной способностью к металлам и их сплавам, и не препятствующего при нагреве диффузии легирующих элементов в поверхность изделия. Далее изделие на половину длины погружают в порошок двуокиси хрома Cr₂O₃. Толщина слоя порошка двуокиси хрома, нанесенного за счет прилипания, оказывается равной 0,1-0,2 мм. Затем изделие закрепляют в металлическом зажиме, устанавливают вертикально обработанной половиной вниз в центре металлического контейнера цилиндрической формы диаметром 70 мм и засыпают на половину длины образца порошком каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм. Далее подключают источник электрического тока таким образом, что одним электродом являлся контейнер, а другим - образец. Напряжение плавно регулируется в интервале 0-50 В. В результате наблюдается образование микродуговых разрядов вокруг образца, затем там же возникает область нагрева и последующего возникновения экзотермической реакции горения угольного порошка. Общая продолжительность выдержки в процессе диффузионного насыщения составляет 3 мин.

При прохождении электрического тока через порошковую среду каменного угля и ее нагреве происходит образование оксида углерода, который взаимодействует с оксидом хрома с протеканием реакции восстановления оксида и выделением двуокиси углерода:

Cr₂O₃+CO → Cr+CO₂

С другой стороны, оксид углерода в присутствии железа диссоциирует на двуокись углерода и атомарный углерод:

CO → CO₂+C

Хром и углерод в атомарном виде одновременно диффундируют в глубь образца.

Результаты обработки оценивают по глубине диффузионного слоя с помощью микроструктурного и микродюрометрического анализа на поперечном микрошлифе.

На поверхности изделия обнаружен сплошной нетравящийся слой глубиной 10-15 мкм, состоящий из карбидов хрома (Cr,Fe)₂₃C₆ и (Cr,Fe)₇C₃,имеющиймикротвердость 11000-12000 МПа. Под карбидным слоем расположен науглероженный слой с перлитной структурой глубиной до 300 мкм (фиг.1, x1000). Полученная толщина карбидного покрытия является оптимальной с точки зрения эксплуатационных свойств упрочненных изделий с высокотвердыми диффузионными слоями (Диффузионные карбидные покрытия / В.Ф.Лоскутов и др. - К.: Тэхника, 1991, стр.54).

2. Аналогичным образом на поверхность такого же образца наносят слой материала «Униагель» с последующим погружением изделия на половину длины в порошок буры (тетрабората натрия, Na₂B₄O₇·10H₂O). Толщина слоя порошка буры, нанесенного таким образом на поверхность изделия, оказывается равной 0,1-0,2 мм. Затем проводится процесс диффузионного насыщения, по методике и режимам, аналогичным описанным в предыдущем примере. На поверхности изделия образуется диффузионный слой, состоящий из боридов Fe₂B микротвердостью 11500-12500 МПа глубиной 10-20 мкм (фиг.2, x1000).

3. Аналогичным образом на поверхность такого же образца наносят слой материала «Униагель» с последующим погружением образца на половину длины в порошок молибдата аммония (NH₄)₂MoO₄ с получением слоя порошка на изделии 0,1-0,2 мм. Затем проводится процесс диффузионного насыщения, по методике и режимам аналогичный описанному в предыдущем примере. На поверхности изделия образуется диффузионный слой, состоящий из карбида молибдена Mo₂C глубиной 15-20 мкм и микротвердостью 12000-13000 МПа. Под карбидным слоем расположен науглероженный слой с перлитной структурой глубиной до 300 мкм.

4. Аналогичным образом на поверхность образца из стали 38Х2МЮА наносят слой материала «Униагель» с последующим погружением образца на половину длины в порошок карбамида (NH₂)₂CO. Затем проводится процесс диффузионного насыщения, по методике и режимам аналогичный описанному в предыдущем примере. На поверхности изделия образуется слой, состоящий из нитридов Fe₃N, Fe₄N, CrN и карбонитридов Fe₃(N,C) глубиной 10-15 мкм микротвердостью 11000-12000 МПа, далее - переходная зона глубиной до 250 мкм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить упрочнение поверхности металлического изделия за счет формирования высокотвердого легированного слоя.

1. Способ поверхностного упрочнения металлических изделий, включающий размещение металлического изделия в контейнере, заполненном порошком каменного угля, нагрев изделия пропусканием электрического тока с использованием в качестве электродов упомянутого контейнера и металлического изделия, отличающийся тем, что перед размещением металлического изделия в упомянутом контейнере на поверхность изделия наносят слой жидкого или гелеобразного электропроводного адгезионного материала, а затем слой порошка материала, содержащего легирующий элемент, или наносят смесь этих компонентов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве адгезионного материала используют материал, который при нагреве не выделяет продуктов, препятствующих диффузии легирующих элементов в поверхность изделия.

Изобретение относится к алмазным инструментам, на поверхности корпуса которых методом электрохимического осаждения нанесен металлический связующий материал, содержащий алмазные зерна.

Способ нанесения упрочняющего покрытия // 2545858

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания износостойких покрытий на рабочих поверхностях осевых режущих инструментов за счет увеличения стойкости инструментов и ресурса работы инструментов, который достигается многократностью переточек.

Пластина с покрытием для режущего инструмента для обточки сталей // 2536014

Изобретение относится к пластине для режущего инструмента, предназначенной для обточки закаленных и инструментальных сталей. Пластина для режущего инструмента содержит корпус из твердого сплава и покрытие.

Покрывная система, деталь с покрытием и способ ее получения // 2528930

Изобретение относится к области деталей с покрытием и их получению. Многослойное покрытие содержит по меньшей мере один слой типа А, причем слой типа А, по существу, состоит из (AlyCr1-y)X, где Х - один элемент группы, состоящей из N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO и CNBO, y описывает стехиометрический состав фракции металлической фазы, по меньшей мере один слой типа В, причем слой типа В, по существу, состоит из (AluCr1-u-v-wSivMew)X, где Х означает один элемент группы, состоящей из N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO или CNBO, причем Me обозначает один элемент группы, состоящей из W, Nb, Mo и Та, или смесь двух или более составляющих этой группы, u, v и w описывают стехиометрический состав фракции металлической фазы, причем отношение толщины указанного слоя типа А к толщине указанного слоя типа В больше 1.

Двухслойное износостойкое покрытие режущего инструмента // 2527829

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к созданию покрытий для режущих инструментов. В двухслойном износостойком покрытии на рабочей части режущего инструмента верхний слой выполнен из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,3-0,5 мкм и твердостью 70-100 ГПа, а нижний слой, расположенный на поверхности рабочей части инструмента, выполнен из карбида титана с содержанием углерода 30-45 ат.% толщиной 1-1,5 мкм и твердостью 25-40 ГПа.

Подложка с керамическим покрытием, создающим термический барьер, с двумя керамическими слоями // 2509177

Изобретение относится к многослойным системам, создающим термический барьер. Подложка с покрытием, создающим термический барьер, содержит упомянутую подложку, упомянутое керамическое покрытие, выполненное из двух керамических слоев, при этом упомянутое покрытие имеет разные толщины на разных участках на упомянутой подложке.

Защитное покрытие, покрытый элемент, имеющий защитное покрытие, а также способ получения защитного покрытия // 2507302

Настоящее изобретение относится к покрытому элементу, защитному покрытию, а также к способу получения этого покрытия и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента, частей двигателей и газовых турбин.

Способ получения градиентного каталитического покрытия // 2490372

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов.

Металлоксидный электрод, способ его получения и применение // 2487198

Изобретение относится к химическим производствам, в частности к металлоксидному электроду, технологии его изготовления и применению в аналитической химии. .

Способ нанесения комбинированного теплозащитного покрытия на детали из жаропрочных сплавов // 2469129

Изобретение относится к получению комбинированных покрытий для защиты от окисления при высокой температуре металлических материалов, в частности для защиты деталей двигателей от газовой и сульфидной коррозии.

Способ получения композиционного антифрикционного покрытия // 2556155

Изобретение относится к способу получения антифрикционного композиционного покрытия на стальных изделиях, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде в условиях высоких нагрузок и температур. Осуществляют послойное нанесение никель-фосфорного слоя, наносимого химическим осаждением, слоя алюмохромфосфатного связующего и слоя твердого смазочного покрытия, наносимого на слой алюмохромфосфатного связующего. Слой алюмохромфосфатного связующего наносят путем погружения стального изделия с никель-фосфорным слоем в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, после чего проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут и охлаждение стального изделия до комнатной температуры. Слой твердого смазочного покрытия наносят из суспензии следующего состава, г/л: хлорид кадмия - 10-30, азотнокислый цинк - 20-50, оксид магния - 12-36, азотнокислое серебро - 10-20, ортофосфорная кислота - 200-280, азотная кислота - 5-20, дисульфид молибдена - 200-250 и дистиллированная вода до 1 литра. Затем проводят термическую обработку при 300°C в течение 120 минут. Твердое смазочное покрытие наносят кистью или окунанием. Обеспечивается увеличение износостойкости, а также улучшение трибологических свойств покрытия на узлах трения, работающих в условиях повышенных температур и нагрузок. 2 табл.

Деталь с dlc покрытием и способ нанесения dlc покрытия // 2593561

Изобретение относится к области нанесения алмазоподобных (DLC) покрытий на металлические детали, подвергающиеся в процессе эксплуатации трению. Металлическую деталь травят в СВЧ-плазме и подвергают нанесению WC-C слоя с градиентом состава. При нанесении WC слоя с градиентом состава вначале наносят первый чистый WC слой, за которым наносят слой с постепенно увеличивающимся расходом углеводорода, а затем WC-C слой. Наносят DLC покрытие на WC-C слой, используя СВЧ-плазму. Получаемые покрытия обладают высокой адгезией без необходимости нанесения металлосодержащих адгезионных подслоев, что упрощает технологию нанесения покрытий. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Поршневое кольцо, применение поршневого кольца и способ нанесения защитного покрытия для поршневого кольца // 2600819

Изобретение относится к поршневому кольцу, его применению и способу его изготовления. Поршневое кольцо (1) выполнено с основой (10) и нанесенным на нее защитным покрытием от износа (20), которое имеет, по меньшей мере, первый элемент, точка плавления которого составляет Tm≤700°C. В защитное покрытие от износа (20) включен, по меньшей мере, второй элемент с точкой плавления Tm>760°C. В защитном покрытии от износа имеются вкрапления (30) с диаметром (D), которые содержат, по меньшей мере, первый элемент, причем, по меньшей мере, 90% вкраплений (30) имеют величину 1 µм≤D≤10 µм. Способ изготовления защитного покрытия от износа (20) с помощью дугового метода испарения предусматривает, что материал накопительного электрода имеет, по меньшей мере, первый элемент с точкой плавления Tm≤700°C и, по меньшей мере, второй элемент с точкой плавления Tm>760°C, причем второй элемент включен в материал накопительного электрода в таком количестве, что точка плавления (Tm) материала накопительного электрода составляет ≥1000°C. Изобретение повышает надежность устройства за счет уменьшения собственного износа поршневого кольца и сопряженных элементов устройства. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 18 ил.

Способ упрочнения поверхностей термообработанных стальных деталей // 2603932

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и ионному азотированию поверхностей стальных деталей. Способ упрочнения поверхности термообработанной стальной детали включает операцию электроэрозионного легирования и операцию ионного азотирования, причем операцию ионного азотирования осуществляют до или после операции электроэрозионного легирования в течение времени, достаточного для насыщения поверхностного слоя детали азотом на глубину зоны термического влияния для предотвращения снижения в ней твердости. Операцию электроэрозионного легирования выполняют графитовым электродом по меньшей мере в два этапа со снижением энергии разряда на каждом последующем этапе. Первый этап легирования графитовым электродом проводят с энергией разряда 0,1-6,4 Дж и производительностью 0,2-4,0 см2/мин, а второй этап легирования графитовым электродом проводят с энергией разряда 0,1-2,83 Дж и производительностью 0,2-2,0 см2/мин. Обеспечивается повышение производительности без увеличения шероховатости. 3 ил., 3 табл.

Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава // 2607390

Изобретение относится к области получения керамических покрытий методами электроплазменного напыления на изделиях из титановых сплавов и может быть использовано в приборостроении и машиностроении, в частности в деталях компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, в имплантируемых медицинских конструкциях. Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава включает электроплазменное напыление покрытия на основе диоксида и его модифицирование путем проведения микродугового оксидирования в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 A/м2 продолжительностью 20-30 мин. Техническим результатом изобретения является повышение адгезии и микротвердости покрытия на основе диоксида циркония. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Декоративная деталь автомобиля // 2613496

Изобретение относится к декоративной детали для автомобиля. Декоративная деталь для автомобиля содержащит подложку, гальваническое покрытие на упомянутой подложке и цветообразующий покровный слой, нанесенный физическим осаждением из газовой фазы. Между подложкой и цветообразующим покровным слоем расположен адгезивный слой, а между адгезивным слоем и цветообразующим покровным слоем расположен комбинированный слой. Адгезивный слой выполнен из хрома, или циркония, или из хрома и циркония, а комбинированный слой содержит хром, и цирконий, и элементы Х, причем Х представляет собой один или более элементов из группы, состоящей из азота, углерода и кислорода. Адгезивный, комбинированный и цветообразующий покровные слои представляют собой PVD-слои. Обеспечивается декоративная деталь, имеющая цветовое оформление, а также твердую и устойчивую к коррозии поверхность, обеспеченную наносимыми слоями. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ циклического газового азотирования деталей из конструкционных легированных сталей // 2614292

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к химико-термической обработке, в частности к циклическому газовому азотированию легированных сталей с применением нанотехнологий, и может быть использовано при изготовлении деталей из конструкционных легированных сталей, работающих при высоких температурах в условиях контактных и ударных нагрузок. Способ циклического газового азотирования детали из конструкционной легированной стали включает нагрев в печи детали до температуры 540-650°С, изотермическую выдержку при температуре нагрева, во время которой осуществляют замену насыщающей атмосферы циклически в два этапа в каждом цикле, и последующее охлаждение вместе с печью в атмосфере аммиака. Предварительно на поверхность детали наносят наноразмерную медную пленку, а упомянутый нагрев проводят в атмосфере аммиака и диоксида углерода при соотношении объемов упомянутых компонентов 1:1. Первый этап цикла изотермической выдержки проводят в насыщающей атмосфере аммиака в смеси с парами воды при соотношении объемов упомянутых компонентов 1:1 и с получением на поверхности детали пленки из оксида меди. Второй этап упомянутого цикла проводят в насыщающей атмосфере аммиака в смеси с диоксидом углерода при соотношении объемов упомянутых газов 1:1 и с восстановлением оксида меди до образования на поверхности детали чистой меди. В частном случае осуществления изобретения наноразмерную медную пленку наносят толщиной в интервале 150-200 нм. Обеспечивается увеличение до заданного значения толщины монолитной зоны металлокерамик в диффузионном азотированном слое, получаемом на поверхности деталей из конструкционных легированных сталей без увеличения длительности процесса азотирования и без снижения его твердости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 5 пр.

Режущий инструмент с износостойким покрытием и способ его изготовления // 2623937

Изобретение относится режущему инструменту с износостойким многослойным покрытием для механической обработки металлов со снятием стружки и способу изготовления упомянутого режущего инструмента. Указанное покрытие содержит многослойную структуру, состоящую из чередующихся слоя А из Zr1-xAlxN, где 0<х<1, и слоя В из TiN, и промежуточного слоя С между указанными чередующимися слоями А и В, образующих последовательность А/С/В/С/А/С/В… с толщиной отдельного слоя А и слоя В от 1 до 30 нм. Слой С содержит один или более металлических элементов из каждого из слоев А и В и отличается по составу и структуре от указанных чередующихся слоев А и В. Способ изготовления указанного режущего инструмента включает осаждение многослойной структуры, состоящей из вышеуказанных чередующихся слоев А и В, образующих последовательность А/В/А/В/А… с образованием по меньшей мере части покрытия, и термообработку упомянутого покрытия для образования промежуточного слоя С между указанными чередующимися слоями А и В с образованием последовательности А/С/В/С/А/С/В…. Получен режущий инструмент с износостойким термически стабильным покрытием, обладающим высокой твердостью при воздействии температур, равных 1100°С, и повышенными эксплуатационными характеристиками при обработке резанием. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 11 пр.

Способ восстановления частично удаленного упрочненного слоя стальных деталей // 2631436

Изобретение относится к способу восстановления частично удаленного упрочненного ионным азотированием слоя стальной детали. Проводят электроэрозионное легирование графитовым электродом (ЦЭЭЛ) с энергией разряда, при которой зона термического влияния при легировании не превышает толщины остатка поверхностного слоя стальной детали, упрочненного упомянутым ионным азотированием. В частных случаях осуществления изобретения после ЦЭЭЛ проводят безабразивную ультразвуковую финишную обработку (БУФО). ЦЭЭЛ осуществляют поэтапно со снижением на каждом последующем этапе энергии разряда. Стальную деталь восстанавливают в виде защитной втулки концевого уплотнения ротора. Обеспечивается качество поверхности стальных деталей, у которых в процессе изготовления или после сборки частично удаляется упрочненный поверхностный слой без демонтажа узла. 3 з.п. ф-лы, 22 ил., 2 табл.

Элемент скольжения, в частности, поршневое кольцо со стойким покрытием // 2634811

Изобретение относится к элементу скольжения для двигателя внутреннего сгорания, снабженному износостойким покрытием (10), которое находится на по меньшей мере одной ходовой поверхности элемента скольжения, причем покрытие (10) изнутри наружу имеет карбидный или нитридный слой (16), расположенный на нем карбидсодержащий DLC-слой (17), расположенный на предыдущем слое свободный от металла PVD-DLC-слой (22) и размещенный на предыдущем слое свободный от металла PACVD-DLC-слой (18). В частном случае осуществления изобретения элемент скольжения представляет собой поршневое кольцо. Обеспечивается элемент скольжения, улучшенный в отношении комбинации из коэффициентов трения и износостойких свойств. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.