Способ ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения и повышения износостойкости лопаток компрессоров газотурбинных двигателей. Способ ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов включает предварительную полировку и очистку поверхности изделия в ультразвуковой ванне, очистку ионами аргона с последующей ионной имплантацией азота в поверхностный слой изделия и осаждением слоев нитрида титана. Очистку ионами аргона осуществляют пучком ионов аргона при напряжении анода 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 5-6 мин, ионную имплантацию азота проводят пучком ионов азота при ускоряющем напряжении 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 10-12 мин с формированием промежуточного слоя нитрида алюминия наноразмерной величины. Покрытие из нитрида титана наносят в вакуумной камере методом магнетронного распыления катода-мишени из титана в атмосфере смеси аргона и азота с использованием импульно-частотного источника питания с частотой следования импульсов не ниже 10 кГц. Температуру изделия поддерживают в диапазоне 90-200°С, а давление в рабочей камере составляет 0,37 Па, причем время нанесения покрытия составляет 20-60 минут. Затем образцы охлаждают в среде аргона при давлении 5×104 Па до достижения температуры 25°С. Обеспечивается повышение твердости и износостойкости изделий из алюминиевых сплавов. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения и повышения износостойкости лопаток компрессоров газотурбинных двигателей нового поколения.

Известен способ обработки поверхности лопаток газотурбинного двигателя (патент RU 2296181, МПК С23С 14/35, С23С 14/16, опубл. 27.03.2007), включающий в себя предварительную обработку лопатки путем обработки электрокорундом и химической очистки ее поверхности, создание разрежения в вакуумной камере в интервале от (5×10-2) до (10-1) Па, нагрев вакуумной камеры в интервале температур от 100°С до 600°С, ионную очистку аргоном, а затем кислородом в течение 5-15 мин. Нанесение покрытия на лопатку проводят методом магнетронного распыления материала. Магнетронное распыление осуществляют со скоростью не менее 6 мкм/час. В качестве материала распыления используют серебро. Недостатком данного способа является то, что нанесение покрытия из серебра происходит при температурах выше 200°С, что неприемлемо для алюминия и его сплавов, кроме того, серебряное покрытие обладает плохой твердостью и износостойкостью.

Известен способ защиты поверхности алюминия от коррозии (патент RU 25228774, МПК С23С 14/16, С23С 14/35, опубл. 20.07.2014), включающий размещение изделия в зоне обработки, создание вакуума в зоне обработки, очистку поверхности пучком ионов и осаждение металлического покрытия с одновременной подачей на изделие отрицательного напряжения смещения. Очистку поверхности осуществляют пучком ионов инертного газа с энергией в диапазоне 1-5 кэВ. Осаждение покрытия осуществляют в два этапа. Вначале на поверхность осаждают промежуточный слой покрытия из меди толщиной от 0,5 мкм до 3 мкм в магнетронном разряде постоянного тока, горящем в среде инертного газа, с твердым катодом из меди при мощности разряда 1-2,5 кВт. Затем расплавляют катод из меди при мощности разряда 3-6 кВт с повышением температуры катода до величины, обеспечивающей достаточное давление паров меди для поддержания магнетронного разряда, прекращают подачу инертного газа и осаждают основной слой покрытия из меди толщиной 2-10 мкм в магнетронном разряде, горящем в парах меди. Слои покрытия осаждают на изделии при отрицательном напряжении смещения до 300 В и температуре поверхности 100-300°С. Недостатком известного способа является то, что полученное защитное покрытие из меди не является износостойким и не обладает достаточной твердостью.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является способ нанесения износостойких покрытий на лопатки компрессора ГТД (патент RU 2430992, МПК С23С 14/48, С23С 14/06, опубл. 10.10.2011), включающий в себя осаждение чередующихся слоев металлов и их нитридов с очисткой поверхности лопаток ионами аргона и ионной имплантацией в процессе осаждения. Предварительно лопатки полируют и очищают в ультразвуковой ванне. Очистку ионами аргона осуществляют газовой плазмой, образованной путем подачи на лопатки короткоимпульсного высокочастотного высоковольтного отрицательного потенциала смещения. После чего меняют плазму аргона на плазму азота и осуществляют ионную имплантацию азота при тех же параметрах потенциала смещения. Далее прерывают формирование плазмы азота, формируют плазму титана, очищают ее от микрочастиц и подают на лопатки потенциал смещения с теми же высокочастотными параметрами, обеспечивая имплантацию ионов титана в поверхностный слой и разогрев лопаток при достижении лопатками температуры, необходимой для осаждения покрытия. После этого снижением потенциала смещения наносят на лопатки подслой титана. Затем осаждают чередующиеся слои из нитрида титана и нитрида титан-алюминия, при этом слой нитрида титана осаждают при формировании плазмы азота, а слой нитрида титан-алюминия - титан-алюминиевой плазмы. Недостатком способа является нагрев лопаток до высоких температур 400-500°С, что неприемлемо для алюминия и его сплавов.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов, позволяющего обрабатывать их при низкой температуре до 200°С и обеспечивающего повышение твердости и износостойкости изделий для использования в областях разработок лопаток компрессоров газотурбинных двигателей.

Технический результат - повышение твердости и износостойкости изделий из алюминиевых сплавов.

Задача решается, а технический результат достигается способом ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов, включающим предварительную полировку и очистку поверхности изделия в ультразвуковой ванне, очистку ионами аргона с последующей ионной имплантацией азота в поверхностный слой изделия и осаждением слоев нитрида титана. В отличие от прототипа очистку ионами аргона осуществляют пучком ионов аргона при напряжении анода 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 5-6 мин, ионную имплантацию азота проводят пучком ионов азота при ускоряющемся напряжении 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 10-12 мин, причем формируют промежуточный слой нитрида алюминия наноразмерной величины, а покрытие из нитрида титана наносят в вакуумной камере методом магнетронного распыления катода-мишени из титана в атмосфере смеси аргона и азота с использованием импульно-частотного источника питания с частотой следования импульсов не ниже 10 кГц, при этом температуру изделия поддерживают в диапазоне 90-200°С, а давление в рабочей камере составляет 0,37 Па, причем время нанесения покрытия составляет 20-60 минут, после чего образцы охлаждают в среде аргона при давлении 5×104 Па до достижения температуры 25°С.

Технический результат достигается благодаря следующему.

Обработка пучком ионов аргона позволяет очистить поверхность образца от оксидов и активировать химические связи. Обработка поверхности изделия пучком ионов азота приводит к эффективному образованию промежуточного слоя нитрида алюминия наноразмерной толщины, повышающего адгезию основного покрытия к подложке.

Нанесение покрытия в магнетронном разряде при низкой температуре (до 200°С) приводит к эффективному образованию многослойного покрытия из нитрида титана, обладающего улучшенными прочностными характеристиками, повышенной твердостью и хорошей адгезией.

Режимы обработки выбраны исходя из следующего.

Температура образца в процессе обработки составляет 90-200°С и достигается подбором режимов работы магнетрона, а также выбором расстояния между каруселью с закрепленными на ней образцами и мишенью-катодом. При температурах ниже 90°С не наблюдается образование нитрида титана. При температурах выше 200°С происходит разупрочнение материала изделия из алюминиевого сплава. При этом толщина полученного покрытия TiN составляет 1-5 мкм при толщине нижнего подслоя, состоящего из Ti2N, около 400 нм. При толщине покрытия меньше 1 мкм снижается износостойкость и твердость покрытия. При толщине более 5 мкм покрытие обладает неудовлетворительной адгезией.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показана схема установки, на которой проводят нанесение покрытия;

на фиг. 2а - поперечное сечение покрытия;

на фиг. 2б - механический излом покрытия;

на фиг. 3а показано распределение упругости по толщине покрытия;

на фиг. 3б показано распределение микротвердости по толщине покрытия.

На фиг. 1 обозначено: холодный катод 1, карусельный механизм 2, держатель образцов 3, магнетрон 4, вакуумная камера 5, датчики измерения вакуума 6, регуляторы - расходомеры 7 трехканальной системы газонапуска.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно полируют и очищают поверхность изделия в ультразвуковой ванне. Затем производят очистку пучком ионов аргона при напряжении анода 2,0-3,0 кВ и токе 0,5 А в течение 5-6 мин, затем ионную имплантацию азота в поверхностный слой изделия пучком ионов азота при ускоряющемся напряжении 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 10-12 мин, причем формируют промежуточный слой нитрида алюминия наноразмерной величины. Далее осаждают слои нитрида титана, причем покрытие из нитрида титана наносят в вакуумной камере 5 методом магнетронного распыления катода-мишени из титана в атмосфере смеси аргона и азота с использованием импульно-частотного источника питания с частотой следования импульсов не ниже 10 кГц, при этом температура изделия в диапазоне 90-200°С, а давление в рабочей камере составляет 0,37 Па, причем время нанесения покрытия составляет 20-60 минут, после чего образцы охлаждают в среде аргона при давлении 5×104 Па до достижения температуры 25°С.

Пример конкретного осуществления способа.

Были использованы образцы из алюминиевого сплава Д16Т в виде дисков диаметром 50 мм и толщиной 4 мм. Одна сторона каждого образца полировалась на шлифовально-полировальном станке «Полилаб Π12» до достижения шероховатости Ra 0,16. Затем осуществлялась очистка образцов в ультразвуковой ванне «S5 Elmasonic» в смеси бензина и изопропилового спирта, а также промывка в этиловом спирте.

Нанесение защитных покрытий проводили на установке для ионно-плазменной обработки (фиг. 1), которая содержит следующее оборудование:

- планарный несбалансированный магнетрон 4, мощность до 10 кВт;

- ионный источник с холодным катодом 1, 3 кВ, 3 кВт;

- регуляторы - расходомеры 7 трехканальной системы газонапуска типа РРГ-10;

- систему автоматизации процесса откачки, сбора и обработки информации (на чертеже не показано).

В качестве материала катода для защитного покрытия был выбран титан в силу его высокой твердости и коррозионной стойкости.

Образцы размещали в вакуумной камере 5 на карусельном механизме 2 с помощью держателя образцов 3 на расстоянии 80 мм от катода. Камера откачивалась криогенным насосом до остаточного давления 1×10-4 Па. Газовый ионный источник с холодным катодом 1 имел сечение ионного пучка (в зоне обработки) на расстоянии 100 мм от источника 60×500 мм. Мощность источника питания 5 кВт, максимальное напряжение 3 кВ. Предварительную обработку изделий осуществляли пучком ионов аргона при напряжении анода 2,5 кВ и током 0,5 мА в течение 5 мин с целью очистки поверхности и удаления окислов. Далее проводили обработку изделий пучком ионов азота при ускоряющемся напряжении 2,5 кВ и токе 0,5 А в течение 10 мин, в результате которой на поверхности образцов образовывался промежуточный слой нитрида алюминия наноразмерной величины. Нанесение покрытия из нитрида титана осуществляли катодным распылением в магнетронном разряде титанового катода-мишени при напряжении разряда 500 В и токе разряда до 5А в газовой среде азота. Магнетрон 4 работал в импульсно-частотном режиме с частотой следования импульсов 30 кГц и коэффициентом заполнения 50%. Длительность процесса нанесения покрытия составляла 30 минут, при этом толщина покрытия составляла 1,35 мкм. Температура образцов в процессе обработки не превышала 120°С. Контроль температуры осуществляли термопарой хромель-константан. Рабочий вакуум измеряли с помощью датчиков измерения вакуума 6 установки, и он составлял при работе ионного источника (6÷8)×10-2 Па при работе магнетрона 0,3÷0,4 Па.

После нанесения покрытия образцы охлаждали в среде аргона при давлении 5×104 Па до достижения ими температуры 25°С.

На фиг. 2а показано поперечное сечение полученного покрытия, на фиг. 2б - механический излом. Фотографии сделаны на растровом электронном микроскопе во вторичных электронах. На фотографиях видно, что покрытие имеет два слоя. Верхний слой имеет столбчатую структуру. Нижний слой плотный и не имеет выраженной структуры. Из анализа шлифов и изломов следует, что толщина покрытия на образце составляет около 1,35 мкм (толщина верхнего слоя около 1 мкм и нижнего подслоя 350 нм).

Проведенный на дифрактометре D8 DISCOVER рентгеноструктурный анализ покрытия указывает на наличие трех фаз (таблица 1) и отсутствие интерметаллидных фаз, которые могли бы образоваться при взаимодействии титана с алюминием.

В покрытии сосуществуют две фазы TiN и Ti2N (соответственно, верхний слой и нижний подслой), причем преобладает TiN. Параметр решетки Al подложки ближе к одному из параметров решетки Ti2N. Поэтому на алюминиевой подложке вероятно начинают расти кристаллы Ti2N, ориентированные таким образом, чтобы максимально согласовать соответствующие плоскости решеток Al и Ti2N. Интенсивность линий TiN растет с увеличением толщины покрытия. Это также указывает на то, что два слоя, которые наблюдались на снимках излома покрытия (фиг. 2б), представляют собой Ti2N (нижний подслой) и TiN (верхний слой).

Механические свойства покрытий были исследованы с помощью цифрового наноиндентометра DNT-1/5 (фиг. 3а) и б)). Видно, что твердость поверхности превышает 1000 HV0,1, при этом твердость подслоя Ti2N составляет примерно 400 HV0,1.

Таким образом, способ ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов позволяет обрабатывать их при низкой температуре до 200°С и обеспечивает повышение твердости и износостойкости изделий для использования в областях разработок лопаток компрессоров газотурбинных двигателей.

Реализация способа позволит создать экологически чистую технологию создания упрочняющих защитных покрытий на изделия из алюминиевых сплавов. Созданные покрытия могут быть использованы в машиностроении и авиационной промышленности для упрочнения и повышения износостойкости лопаток компрессоров газотурбинных двигателей нового поколения.

Способ ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделие из алюминиевого сплава, включающий предварительную полировку и очистку поверхности изделия в ультразвуковой ванне, очистку ионами аргона с последующей ионной имплантацией азота в поверхностный слой изделия и осаждением слоев нитрида титана, отличающийся тем, что очистку ионами аргона осуществляют пучком ионов аргона при напряжении анода 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 5-6 мин, ионную имплантацию азота проводят пучком ионов азота при ускоряющем напряжении 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 10-12 мин c формированием промежуточного слоя нитрида алюминия наноразмерной величины, а покрытие из нитрида титана наносят в вакуумной камере методом магнетронного распыления катода-мишени из титана в атмосфере смеси аргона и азота с использованием импульно-частотного источника питания с частотой следования импульсов не ниже 10 кГц, при этом температуру изделия поддерживают в диапазоне 90-200°С, а давление в рабочей камере составляет 0,37 Па, причем время нанесения покрытия составляет 20-60 минут, после чего образцы охлаждают в среде аргона при давлении 5×104 Па до достижения температуры 25°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к способам модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе, применяемых для электролизеров или топливных элементов с твердым полимерным электролитом (ТПЭ).

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на поверхности деталей. Внутри корпуса вакуумной камеры установлен, по меньшей мере, один источник распыляемого материала, выполненный в виде N магнетронов, где N - целое число и N>1, и ионный источник.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения покрытий с использованием магнетронного распыления металлов, и может быть использовано для получения износостойких покрытий металлических деталей трения, в частности для компрессора газотурбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение может быть использовано в производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих высокое значение адгезии и когезии.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для нанесения покрытий на абразивные зерна, и может быть применено в инструментальном производстве.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к напылению теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих достаточно высокое значение адгезии и когезии.

Способ включает размещение изделия с жаростойким покрытием в камере распыления, заполненной смесью кислорода и инертного газа, нагрев изделия, магнетронное распыление мишени из сплава на основе циркония с образованием керамического слоя и термообработку изделия и отличается тем, что нагрев изделия осуществляют хотя бы частично потоком газоразрядной магнетронной плазмы до температуры 200-800°C и используют мишень из сплава циркония, иттрия, гадолиния и гафния следующего состава, мас.%: иттрий - 6-10, гадолиний - 6-10, гафний 3-7, цирконий - остальное. Достигается продолжительная теплозащита при температурах выше 1200°С.

Изобретение относится к источникам металлической плазмы (варианты) и может быть использовано для нанесения защитных, упрочняющих и декоративных покрытий методом катодного распыления на внутренние поверхности изделий, в частности на внутренние поверхности тел вращения, как открытых, так и закрытых с одной стороны. Источник металлической плазмы (ИМП) содержит установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод в виде вертикальных пластин и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом. ИМП имеет экраны и датчики ионного тока, соединенные с источником питания. Катод по одному из вариантов имеет перевернутую U-образную форму. Экраны выполнены в виде пластин, расположенных вдоль всей нерабочей поверхности катода. Две параллельные пластины выполнены повторяющими форму катода и соединены пластиной, расположенной во внутренней полости катода, каждое основание которого соединено с токоподводом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ включает формирование в известной магнетронной распылительной системе планарного типа магнитного поля, зажигание разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, распыление материала катода и его осаждение на поверхность полупроводниковой гетероэпитаксиальной структуры. Между магнетронным источником и полупроводниковой гетероэпитаксиальной структурой расположена магнитная система, отклоняющая проходящие через нее высокоэнергичные заряженные частицы плазмы газового разряда. Магнитная система, отклоняющая проходящие через нее высокоэнергичные заряженные частицы плазмы газового разряда, может быть выполнена в виде прямоугольного корпуса из стали с закрепленными в нем с двух противоположных сторон магнитов таким образом, чтобы созданное ими магнитное поле во внутренней части системы было направлено ортогонально движению осаждаемых на поверхность полупроводниковой гетероэпитаксиальной структуры атомов. Достигается отклонение магнитной системой в процессе напыления высокоэнергетичных заряженных частиц от поверхности полупроводниковой гетероэпитаксиальной структуры для предотвращения ее бомбардировки и, соответственно, образование в ней радиационных дефектов. 1 ил.

Изобретение относится к нанослойному покрытию режущего инструмента и способу его нанесения на режущий инструмент. Осуществляют нанесение на поверхность режущего инструмента покрытия, содержащего нанослойную структуру из чередующихся нанослоев А, состоящих из (Al,Ti,W)N, и нанослоев В, состоящих из (Ti,Si,W)N. Для нанесения нанослойной структуры используют по меньшей мере один источник дугового испарения. Упомянутую нанослойную структуру наносят из чередующихся нанослоев А, имеющих элементный состав, заданный формулой (AlxTi1-x-yWy)N с 0,50≤х≤0,65 и 0≤у≤0,10, причем коэффициенты, заданные как х, 1-х-у и у, соответствуют атомной концентрации алюминия, титана и вольфрама соответственно, и нанослоев В, имеющих элементный состав, заданный формулой (Ti1-z-uSizWu)N с 0,05≤z≤0,30 и 0≤u≤0,10, причем коэффициенты, заданные как 1-z-u, z и u, соответствуют атомной концентрации титана, кремния и вольфрама соответственно. Для количественного определения элементов в упомянутом слое А учитывают только упомянутые алюминий, титан и вольфрам. Для количественного определения элементов в упомянутом слое В учитывают только упомянутые титан, кремний и вольфрам. Упомянутый по меньшей мере один источник дугового испарения содержит предусмотренное на мишени магнитное приспособление для создания магнитных полей на поверхности мишени и над ней. Упомянутое магнитное приспособление содержит крайние постоянные магниты, центральный постоянный магнит и по меньшей мере одну размещенную позади мишени кольцевую катушку, внутренний диаметр которой, определяемый обмотками, меньше или равен диаметру мишени, при этом во время нанесения нанослойной структуры крайние постоянные магниты расположены на расстоянии 6-10 мм от мишени. Проекция крайних постоянных магнитов на поверхность мишени находится дальше от середины поверхности мишени по сравнению с проекцией кольцевой катушки на поверхность мишени, а центральный постоянный магнит расположен позади мишени. Обеспечивается покрытие для высококачественного режущего инструмента, обеспечивающее более высокую производительность по сравнению с режущим инструментом, известным из уровня техники. 3н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 1табл., 5 пр.

Изобретение относится к способу магнетронного напыления многослойного равнотолщинного покрытия и установке для его осуществления и может быть использовано для получения оптических покрытий на поверхности оптических подложек. Последовательное нанесение на плоскую поверхность детали двух слоев с комплементарными профилями и получение равнотолщинного покрытия осуществляют в вакуумной камере с карусельным планетарным механизмом посредством магнетронной системы. Система содержит два магнетрона с мишенями, симметрично и наклонно расположенными к фронтальной плоскости вакуумной камеры и обращенными своими мишенями в сторону карусельного планетарного механизма, и единичный магнетрон с мишенью. Один слой покрытия напыляют симметричным выпуклым посредством единичного магнетрона, осуществляя реверсивное синхронное вращение внутреннего зубчатого колеса и водила упомянутого планетарного механизма в одну сторону и реверсивное вращение сателлита синхронно в противоположную сторону в одних расчетных диапазонах углов поворота водила и внутреннего зубчатого колеса. Сателлит вращают с угловой скоростью по абсолютной величине меньшей, чем угловая скорость вращения водила. Второй слой покрытия напыляют симметричным вогнутым посредством двух магнетронов дуальной системы, осуществляя реверсивное вращение внутреннего зубчатого колеса и водила синхронно в одну сторону и реверсивное вращение сателлита синхронно в ту же сторону в расчетных диапазонах углов поворота, отличных от углов поворота водила и внутреннего зубчатого колеса при выполнении первого слоя покрытия. Сателлит вращают с угловой скоростью по абсолютной величине большей, чем угловая скорость вращения водила. Получают покрытие с высокой степенью точности, при этом отклонение его толщины от теоретически рассчитанной составляет 0,1 нм. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 пр.
Изобретение относится к напылению теплозащитных покрытий и может быть использовано в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Теплозащитное нанокомпозитное покрытие, содержащее оксид циркония, нанесенное на поверхность изделия из никелевого сплава с использованием магнетронной системы, содержит первичный сплошной слой, градиентный переходный слой и пленку из оксида циркония. Первичный сплошной слой состоит из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутого изделия, с цирконием и с добавками стабилизирующего элемента. Градиентный переходный слой содержит две фазы в виде диэлектрической фазы из оксида циркония и металлической фазы из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой поверхности изделия, и циркония с добавкой стабилизирующего элемента, при этом доля оксидной фазы в переходном слое возрастает по мере увеличения его толщины. Способ формирования упомянутого теплозащитного нанокомпозитного покрытия на поверхности изделия из никелевого сплава характеризуется тем, что осуществляют формирование на поверхности изделия первичного сплошного слоя из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутого изделия, с цирконием и с добавкой стабилизирующего элемента, градиентного переходного слоя и напыление пленки из оксида циркония до достижения ею требуемой толщины покрытия. Формирование упомянутого первичного слоя и градиентного переходного слоя осуществляют с использованием магнетронной системы с двумя магнетронами. С помощью первого магнетрона распыляют мишень из упомянутого никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавкой стабилизирующего элемента. Упомянутый первичный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней в атмосфере аргона с интенсивностью атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, превышающей интенсивность атомного потока от упомянутой второй мишени. Затем осуществляют формирование упомянутого градиентного переходного слоя путем распыления упомянутых мишеней в присутствии кислорода с образованием в переходном слое оксида циркония и неокисленного никелевого сплава. Парциальное давление кислорода при распылении плавно увеличивают до давления 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего первую мишень из упомянутого никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения. В частном случае осуществления изобретения в качестве стабилизирующего элемента используют иттрий. Обеспечивается механическая прочность покрытия, повышение его жаропрочности и жаростойкости, а также высокое значение адгезии и когезии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к напылению теплозащитных покрытий и может быть использовано в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ формирования на рабочей поверхности детали из никелевого сплава теплозащитного нанокомпозитного покрытия, содержащего оксид циркония, включает предварительную механическую обработку поверхности детали из никелевого сплава, формирование на поверхности детали первичного сплошного слоя из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой детали, с цирконием и с добавкой стабилизирующего элемента, последующее формирование градиентного переходного нанокомпозитного слоя со структурой металл-оксид и напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины. Формирование упомянутого первичного слоя и градиентного переходного нанокомпозитного слоя осуществляют с использованием магнетронной системы с совместно распыляемыми двумя магнетронами. С помощью первого магнетрона распыляют мишень из упомянутого никелевого сплава, с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавкой стабилизирующего элемента. Упомянутый первичный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней в атмосфере аргона. Интенсивность атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, превышает интенсивность атомного потока от упомянутой второй мишени. Затем осуществляют формирование градиентного переходного нанокомпозитного слоя путем распыления упомянутых мишеней в присутствии кислорода с образованием в упомянутом градиентном слое оксида циркония и неокисленного никелевого сплава, при этом соотношение фаз в градиентном переходном слое изменяют с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины упомянутого слоя, при этом парциальное давление кислорода при распылении плавно увеличивают до 1,5⋅10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего первую мишень из упомянутого никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения. Получают плавный переход от слоя из никелевого сплава к пленке из оксида циркония без межфазной границы макроскопического размера. Обеспечивается механическая прочность покрытия, повышение его жаропрочности и жаростойкости, а также высокое значение адгезии и когезии покрытия на рабочих поверхностях деталей.
Изобретение относится к напылению теплозащитных покрытий и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ нанесения теплозащитного композитного покрытия, содержащего оксид циркония, на поверхность изделия из никелевого сплава включает формирование на поверхности упомянутого изделия композитного градиентного переходного слоя со структурой металл-оксид и напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины. Формирование упомянутого градиентного переходного слоя со структурой металл-оксид осуществляют путем осаждения градиентного переходного слоя, содержащего металлическую фазу на основе никелевого сплава, соответствующего составу упомянутой поверхности изделия, и диэлектрическую фазу, содержащую оксиды циркония разной стехиометрии, при этом соотношение фаз в градиентном переходном слое изменяют с возрастанием доли оксидной фазы по мере увеличения толщины пленки. Используют магнетронную систему с двумя магнетронами, причем с помощью первого магнетрона распыляют первую мишень из никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавками стабилизирующих элементов. Градиентный переходный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней. Сначала распыление мишеней осуществляют в атмосфере аргона с обеспечением превышения интенсивности атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, над интенсивностью атомного потока от упомянутой второй мишени с формированием сплошного металлического слоя. Затем осуществляют распыление в присутствии кислорода с образованием в напыляемой пленке оксида циркония при неокисленном никелевом сплаве. При напылении парциальное давление кислорода плавно увеличивают до 1,5⋅10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего первую мишень из никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения. Обеспечивается механическая прочность покрытия, повышение его жаропрочности и жаростойкости, а также высокое значение адгезии и когезии покрытия на рабочих поверхностях изделий.
Изобретение относится к напылению теплозащитных покрытий и может быть использовано в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок. Способ формирования на поверхности изделия из никелевого сплава композитного покрытия, содержащего оксид циркония, включает напыление пленки оксида циркония до достижения ею требуемой толщины, при этом перед напылением упомянутой пленки на поверхности изделия формируют первичный сплошной слой из никелевого сплава, соответствующего составу упомянутого изделия, с цирконием и с добавкой стабилизирующего элемента и градиентный переходный нанокомпозитный слой со структурой металл-оксид. Формирование упомянутого первичного слоя и градиентного переходного нанокомпозитного слоя осуществляют с использованием магнетронной системы с двумя совместно распыляющими магнетронами. С помощью первого магнетрона распыляют мишень из упомянутого никелевого сплава, а с помощью второго магнетрона распыляют вторую мишень из циркония с добавкой стабилизирующего элемента. Упомянутый первичный слой формируют путем совместного распыления указанных мишеней в атмосфере аргона, причем интенсивность атомного потока, сформированного от упомянутой первой мишени, превышает интенсивность атомного потока от упомянутой второй мишени. Затем осуществляют формирование градиентного переходного нанокомпозитного слоя путем распыления упомянутых мишеней в присутствии кислорода с образованием в упомянутом градиентного слое оксида циркония при неокисленном никелевом сплаве. Соотношение фаз в градиентном переходном слое изменяют с возрастанием доли оксидной фазы с увеличением толщины упомянутого слоя, при этом парциальное давление кислорода при распылении плавно увеличивают до 1,5*10-3 Па, а мощность первого магнетрона, распыляющего первую мишень из упомянутого никелевого сплава, уменьшают вплоть до его полного отключения, при этом получают плавный переход от слоя из никелевого сплава к пленке из оксида циркония без межфазной границы макроскопического размера. Обеспечивается механическая прочность покрытия, повышение его жаропрочности и жаростойкости, а также высокое значение адгезии и когезии покрытия на рабочих поверхностях изделий.

Изобретение относится к стеклу с оптически прозрачным покрытием и способу его изготовления и может быть использовано при изготовлении оптических элементов космических аппаратов. Стекло с оптически прозрачным защитным покрытием содержит подложку из оптически прозрачного стекла и нанесенное на подложку двухслойное прозрачное покрытие. Покрытие состоит из двух слоев, при этом нижний слой выполнен нанокристаллическим металлическим толщиной от 20 до 40 нм, а верхний керамический слой - из нитрида алюминия и нитрида кремния толщиной от 5 до 15 мкм с нанокристаллической, или аморфно- нанокристаллической, или аморфной структурой. Способ состоит из трех этапов: 1) бомбардировки поверхности подложки импульсно-периодическим высокоэнергетическим пучком ионов того же металла, из которого состоит нижний слой покрытия, 2) униполярного импульсного магнетронного осаждения нижнего нанокристаллического металлического слоя, 3) биполярного импульсного магнетронного осаждения верхнего двухфазного керамического слоя, проводимых в едином вакуумном цикле. Технический результат состоит в получении стекла, обладающего повышенной стойкостью против ударного воздействия высокоскоростных твердых микрочастиц. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 пр., 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения и повышения износостойкости лопаток компрессоров газотурбинных двигателей. Способ ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов включает предварительную полировку и очистку поверхности изделия в ультразвуковой ванне, очистку ионами аргона с последующей ионной имплантацией азота в поверхностный слой изделия и осаждением слоев нитрида титана. Очистку ионами аргона осуществляют пучком ионов аргона при напряжении анода 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 5-6 мин, ионную имплантацию азота проводят пучком ионов азота при ускоряющем напряжении 2,0-3,0 кВ и токе 0,5А в течение 10-12 мин с формированием промежуточного слоя нитрида алюминия наноразмерной величины. Покрытие из нитрида титана наносят в вакуумной камере методом магнетронного распыления катода-мишени из титана в атмосфере смеси аргона и азота с использованием импульно-частотного источника питания с частотой следования импульсов не ниже 10 кГц. Температуру изделия поддерживают в диапазоне 90-200°С, а давление в рабочей камере составляет 0,37 Па, причем время нанесения покрытия составляет 20-60 минут. Затем образцы охлаждают в среде аргона при давлении 5×104 Па до достижения температуры 25°С. Обеспечивается повышение твердости и износостойкости изделий из алюминиевых сплавов. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Наверх