Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы ti-al на стальной детали в вакууме

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий и может быть использовано для расширения ассортимента деталей машин и инструмента. Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме включает осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении 1,5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующее азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100А и токе дугового разряда плазменного источника 50А и температуре детали 550°С. Обеспечивается получение износостойкого градиентного покрытия, повышение механических свойств и адгезионной прочности покрытия. 5 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий и может быть использовано для расширения ассортимента деталей машин и инструмента, на которые наносят износостойкое покрытия.

Известен способ получения покрытий на основе Ti3Al-интерметаллических композиционных материалов, в котором процесс разделен на два этапа: сначала наносят чистый Al на подложку из Ti6Al4V с использованием плазменного напыления и затем осуществляют лазерное азотирование Al-покрытия в атмосфере азота. (Z.D. Liu, Х.С. Zhang, F.Z. Xuan, Z.D. Wang, S.T. Tu. In situ synthesis of TiN/Ti3Al intermetallic matrix composite coatingson Ti6Al4V alloy. // Z.D. Liu et al. / Materials and Design 37 (2012), 268-273 p.).

Недостатком способа является разделение процесса на два этапа в двух установках за счет этого увеличивается время получения покрытия и ухудшается качество покрытия.

Известен способ нанесения износостойкого покрытия на основе нитрида или карбонитрида титана, содержащего алюминий и легирующий компонент молибден. Покрытие наносят вакуумно-плазменным методом двумя противоположно расположенными составными катодами, содержащими титан и алюминий, и размещенным между ними составным катодом, содержащим титан и молибден TiAlMoN (патент РФ №2269596, МПК С23С 14/06, опубл. 10.02.2006).

Недостатком способа является использование составных катодов: во-первых, необходимость изготовления составных катодов, во-вторых, процентное соотношение Ti и Al будет постоянно, и его невозможно будет менять в ходе процесса напыления.

Известен способ нанесения защитного износостойкого покрытия на режущий инструмент. Износостойкое ионно-плазменное покрытие на основе сложного нитрида титана, алюминия и хрома ((TixAlyCrz)N, нанесенное на металлическое изделие. Для нанесения покрытия используется "несбалансированный" магнетронный источник (патент РФ №2405060, МПК С23С 14/06, С23С 14/35, опубл. 15.10.2009).

Недостатком способа является использование покрытия на основе сложного нитрида титана, алюминия и хрома, которые приводят к удорожанию и усложнению реализации способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, при котором на титановый сплав наносят порошок алюминия и расплавляют в атмосфере азота. При этом происходит поверхностное легирование с образованием нитридов титан алюминия ( J. de la Fuente, J.J. de Damborenea' (Ti, Al) (Ti, Al N) coatings produced by laser surface alloying // et al. rMaterials Letters 53 2002 44-51 p.).

Недостатком способа является образование на поверхности не равномерного слоя покрытия.

Задача изобретения заключается в получении равномерных износостойких покрытий.

Технический результат заключается в получении градиентных износостойких покрытий, обеспечивающих повышение механических свойств, адгезионной прочности покрытия.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в способе получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме, включающий осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении Р=1.5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующие азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100 А и токе дугового разряда плазменного источника 50 А и температуре детали 550°С.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена вакуумная установка.

На фиг. 2 изображен первый этап нанесения покрытия.

На фиг. 3 изображена деталь после нанесения покрытия.

На фиг. 4 изображен второй этап азотирование.

На фиг. 5 изображена деталь после азотирования.

Пример конкретной реализации способа

Устройство, реализующее способ содержит: вакуумную камеру 1, в которой установлены электродуговые испарители (катоды) 2, накальный катод 3. В центре вакуумной камеры 1 установлен стол, на котором установлена обрабатываемая деталь 4 (фиг. 1). На первом этапе обрабатываемую деталь 4 бомбардируют потоками ионов металла 5 (фиг. 2), образуя покрытие 6 (фиг. 3), на втором этапе обрабатываемую деталь 4 бомбардируют потоками ионов газа азота 7 (фиг. 4). В результате получают градиентное покрытие 8 (фиг. 5).

Способ осуществляется следующим образом.

В вакуумной камере 1 устанавливают обрабатываемую деталь 4. В вакуумной камере 1 создают рабочее давление Р=1.5*10-1 Па. Токи дуговых испарителей устанавливают в диапазоне I=60-120 А. Далее происходит процесс осаждения многослойного композиционного покрытия системы Ti-Al в среде инертного газа Ar в течение 180 мин. На втором этапе в вакуумной камере создают давление Р=2*10-1 Па и подают реакционный газ азот (N2). Ток накального катода составляет Iнакал=100 А, ток дугового разряда плазменного источника Iдуги=50 А, температура детали t=550°C, при этом происходит азотирование образца, продолжительность процесса в течение в течении 60 мин.

Пример

В вакуумной камере обрабатывалась деталь из стали марки 12Х18Н10Т. Для подтверждения получения градиентного покрытия был сделан анализ химических элементов по глубине (табл. 1). Из (табл. 1) видно, что элементы покрытия Ti и Al доходили до глубины 23 мкм. А толщина покрытия после нанесения составляет 8-9 мкм. Из этого можно сделать вывод, что покрытие диффундировало в глубину материала детали, тем самым образуя градиентное покрытие.

Итак, заявляемое изобретение позволяет получать градиентные покрытия, за счет этого увеличивается износостойкость, увеличивается адгезионная прочность, механические свойства покрытия.

Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме, включающий осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении 1,5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующее азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100А и токе дугового разряда плазменного источника 50А и температуре детали 550°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента.

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении. Способ локального азотирования стального изделия в тлеющем разряде в магнитном поле включает проведение вакуумного нагрева участка стального изделия, подверженного интенсивному износу в плазме азота повышенной плотности, при этом упомянутый участок стального изделия помещают в центр кольцевой магнитной системы, установленной на катоде, в которой формируют плазму азота повышенной плотности, и осуществляют вакуумный нагрев с формированием на нем нитридного слоя, состоящего из нитрида железа Fe4N и нитрида хрома Cr4N.
Изобретение относится к ионной химико-термической обработке и может быть использовано в машиностроении, двигателестроении, металлургии и изготовлении инструментов.
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам химико-термической обработки деталей из легированных инструментальных сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения режущего инструмента.

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.

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из стали.

Изобретение относится к линии изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали и к способу изготовления листа из указанной стали с использованием данной линии.

Изобретение относится к линии изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали и к способу изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали с использованием упомянутой линии.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и ионному азотированию поверхностей стальных деталей.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.

Изобретение относится к устройству для синтеза покрытий на изделиях. Устройство содержит рабочую вакуумную камеру, размещенный на дне камеры тигель со слитком испаряемого металла внутри него, держатель подложки, источник напряжения смещения и источник питания разряда.

Изобретение относится к области нанесения покрытий из плазмы вакуумно-дугового разряда и может быть использовано для получения фильтрованной плазмы. Способ фильтрации капельной фазы из плазмы вакуумно-дугового разряда при осаждении многослойного покрытия системы Ti-Al на поверхность детали характеризуется тем, что перед деталью на расстоянии 7 мм от нее устанавливают технологическую сетку с квадратными ячейками с оптической прозрачностью 65% из прутка нержавеющей стали, электрически соединяют с упомянутой деталью и подают на упомянутую сетку отрицательный потенциал.

Изобретение относится к области нанесения покрытий из аморфного оксида алюминия на изделия из металла и диэлектриков и может быть использовано в различных областях науки и техники.

Изобретение относится к способу и устройству синтеза сверхтвердого композитного покрытия TiN-Cu и может быть использовано для упрочнения рабочих кромок режущего инструмента.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, хрома и ниобия при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 57,25, алюминий 9,43, кремний 0,86, цирконий 23,34, ниобий 9,12.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, ниобия, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, ниобия и железа при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, ниобия и молибдена при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента включает проведение ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида соединения титана и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 70,0-79,0, алюминий 21,0-30,0, промежуточного слоя - из нитрида соединения титана, алюминия и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 75,5-82,5, алюминий 14,0-20,0, молибден 3,5-4,5 и верхнего слоя - из нитрида титана.

Изобретение относится к технике для нанесения покрытий на детали машин, а именно к вакуумной ионно-плазменной обработке поверхностей, и может быть использовано для нанесения функциональных покрытий на моноколеса турбомашин.

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий и может быть использовано для расширения ассортимента деталей машин и инструмента. Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме включает осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении 1,5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующее азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100А и токе дугового разряда плазменного источника 50А и температуре детали 550°С. Обеспечивается получение износостойкого градиентного покрытия, повышение механических свойств и адгезионной прочности покрытия. 5 ил., 1 табл., 1 пр.

Наверх