Способ химико-термической обработки

 

О П И С А Н И Е (11) 572532

Союз Свзетсних

Сойналистнчесиих

Рос,убоин

КЗОБРЕТЕЙЙЯ

iN ЛВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.04.76 (21) 2351061j02 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15,09.77. Бюллетень Хе 34

Дата опубликования описания 15.09.77 (51) М. Кл. С 23С 11/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.785.53 (088.8) (72) Авторы изобретения

A. С. Буяло, Б. П. Лобашев, 1О. В. Макаров, Е. И. Пешкова и С. A. Шепель (71) Заявитель (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к химико-термической обработке деталей трения, изготовленных из молибдена или других сплавов с молибденовыми покрытиями и предназначенных для эксплуатации в экстрем альных условиях.

В отраслях современной техники, в частности в космическом аппаратостроении, вакуумной металлургии, химическом машиностроении и других, все большее использование для обеспечения работоспособности узлов сухого трения получают твердосмазочные покрытия из дисуль фида молибдена, образованные на молибденовых или молиоденсодержащих подложках в результате их химико-термической обработки в среде серы или сероводорода.

Известен способ получения покрытия МоЬ на деталях трения из титана и стали, по которому сначала электролитическим путем получают слой смешанных о кислов молибдена, который затем превращают в дисульфид молибдена путем химико-термической обработки в среде НзЬ при температурах до 300 — 350 С, давлении до 28 кгс/см в течение десятков часов. Толщина слоя MoS после этого -5— б мкм (1J.

Известен способ химико-термической обработки молибдена в проточном сероводороде или газовой смеси Ar+S. Температура процесса 800 — 900 С; время выдерж -и 5 — 20 ч в зависимости от требуемой толщины слоя Можае (2). Коррозионная стойкость реактора в среде

Нз$ в этом случае обеспечивается за счет применения жаростойкого кварцевого стекла.

Наиболее близким к описываемому изобретению по аппаратурному оформлению является способ химико-термической обработки мо либденовых деталей (а также деталей из других сплавов с предварительно нанесенным мо1О либденовым покрытием) в замкнутом объеме в среде серы (31.

Для осуществления указанного процесса используют реакторы в виде запаянных кварцевых ампул или в металлическом исполнении

15 из специального коррозионно-стойкого и жаропрочного металла. Процесс проводят при

550 †6 С. Порядок проведения процесса следующий: загрузка в реактор молибденовой детали и навески серы,,герметизация реакто20 ра, откачка воздуха или заполнение реактора нейтральным газом,,нагрев до 550 — 650 С и выдержка при этой температуре в загерметизированном состоянии, высадка избытка серы на специальный холодильник реактора, 25 Основной аппаратурный недостаток этого процесса связан с высокой реакционной способностью серы и состоит в необходимости использования для материала реактора специальных титановых сплавов. Кроме того, полу30 чаемые покрытия MoS, облада1огцие высокой

572532 3

Формула изобретения

Составитель Л. Кириллова

Техред И. Михайлова Корректоры: Л. Брахнина и Т Добровольская

Редактор Н. Корченко

Подписное

Заказ 2081/12 Изд. № 746 Тираж 1130

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 работоспособностью, имеют недостаточную для некоторых практических целей несущую способность или толщину.

Целью изобретения является упрощение процесса и повышение несущей способности покрытия. Это достигается тем, что химикотермическая ооработка молибденовых деталей или деталей из других материалов (титана, стали и др.) с предварительно нанесенным молибденовым покрытием проводится при помещении детали в порошок из чистого сернистого свинца (PbS) в интервале температур 500—

800 С в вакууме или нейтральной газовой среде.

Порядок проведения процесса следующий.

Деталь помещают в алундовый титель, на дно которого .насыпан слой порошка PbS толщиной 5 — 10 мм, и засыпают его целиком порошком PbS на 15 — 20 .мм выше верхнего уровня детали. Тигель устанавливают в реактор из .нержавеющей стали, закрывают его водоохлаждаемой крышкой с вентилем и герметизируют реактор. Затем воздух откачивают форвакуум ным насосом и вентиль закрывают.

Можно заполнить реактор нейтральным газом (артоном, телием и т. п.). После этого реактор устанавливают в электрическую печь сопротивления, нагревают до 500 — 800 С и дают выдержку 1 — 25 ч (в зависимости от требуемой толщины твердосмазочного слоя). Если температура химико-термической обработки ниже 500 С, образуется очень тонкий твердосмазочный сульфидный слой толщиной меньше

1 мкм. При температуре выше 800 С процесс химико-термической обработки проникает на большую глубину и происходит разрушение поверхностното слоя детали. Твердосмазочный слой обладает более высокой несущей способностью и большей толщиной (до 1000 мкм), причем толщина покрытия увеличивается с увеличением температуры и времени выдержки при химико-термической обработке. Так, слой толщиной 800 — 900 мкм образуется после химико-термической обработки молибденовой детали при 780 С в течение 5 ч.

Специально проведенные сравнительные фрикционные испытания сульфидных покрытий толщиной 35 — 40 мкм, полученных путем химико-термической обработки молибденовых деталей в сере и в порошкообразном PbS, показывают, что несущая способность в последнем случае гораздо выше. Нагрузка задира для них при постепенном нагружении узла трения «стальной диаметром 5,0 мм шарикдиск из молибдена с испытуемым покрытием» составляет 13 — 15 кгс, а для MoS2, полученного после химико-термической обработки,в сере, 2,5 — 3,0 кгс. Испытания проводят на машине УТИ-1 в на воздухе при скорости скольжения,0,5 м/с с увеличением нагрузки с 2 кгс по

0,5 кгс через каждые 5 мин до резкого повышения коэффициента трения, . Предлагаемый способ проще в аппаратурном отношении вследствие того, что сульфидирующая среда Pbs имеет невысокую упругость пара и его коррозионное воздействие на материал реактора по сравнению с серой или сероводородом невелико. Поэтому химико-термическую обработку можно проводить в реак20 торах из доступной нержавеющей стали

Х18Н9Т. По сравнению с сульфидированием в сере не требуется также специальных мер для освобождения детали от материала сульфоризатора, поскольку после охлаждения деталь легко освобождается от порошка PbS.

Способ химико-термической обработки для

30 получения твердосмазочного сульфидчого покрытия на молибденовых подложках, включающий нагрев до температуры диффузионного насыщения и выдержку в серусодержащей среде с предварительным удалением воздуха, 35 отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, повышения несущей способности покрытия, нагрев до температуры диффузионного насыщения и выдержку проводят в порошке сульфида свинца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 2902417, кл. 204-370, 1955.

45 2. Сборник «Трение и изнашивание при высоких температурах», М., «Наука», 1973, с. 133 — 138.

3. Сборник «Тепловая динамика и моделирование внешнего трения»,,М., «Наука», 1973, 50 с. 111 — 113.