Способ получения углеродсодержащих покрытий в вакууме

 

Изобретение может быть использовано при получении износостойких, i жаропрочных и высокотвердых покрытий на поверхности изделий. Цель изобретения - увеличение производительности процесса. На расходуемой поверхности графита (Г) размещают навеску вольфрама и расплавляют ее электронным лучом. На поверхности Г образуется ванна, исключающая контакт электронного луча с Г и растворение частиц Г с образованием расплава вольфрам - углерод. В ходе процесса Г и вольфрам попадают в зону испарения со скоростями, обеспечивающими постоянство уровня расплава относительно верхнего торца тигля и относительно расходуемой поверхности Г. 1 ил. (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

И

РЕСГ1УЬЛИН (51)5 С 23 С 14 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ASTOPCHOlNV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4100304/24-21 (22) 31.07.86 (46) 15.04.91. Бюл. № 14 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (?2) Б.А.Мовчан, Н.И.Гречанюк и В.Б.Чуйков (53) 621.793. 14 (088,8) (56) Щербицкий В,В., Гречанюк Н.П., Кучеренко П.П. — Проблемы специальной электрометаллургии. Вып. 16, 1982 с. 51-53.

Заявка Японии ¹ 54-44273, кл. С 23 С 14/30, 1979, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОЛСОДЕРЖАЩИХ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ (57) Изобретение может быть испольИзобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении износостойких жаропрочных и высокотвердых покрытий на поверхности изделий.

Целью изобретения является увеличение производительности процесса, без снижения качества покрытий путем повышения удельной скорости испарения углерода без выброса твердых частиц графита в паровую фазу за счет исключения непосредственного контакта электронного луча большой удельной мощно сти с п он ерх иост ью гр афи та .

Сущность изобретения заключается в том, что при получении углеродсодержащих покрытий в вакууме путем

„„SU„„1641892 А 1

2 зовано при получении износостойких, жаропрочных и высокотвердых покрытий ! на поверхности изделий, Цель изобретения — увеличение производительности процесса. На расходуемой поверхности графита (Г) размещают навеску вольфрама и расплавляют ее электронным лучом. На поверхности Г образуется ванна исключающая контакт электронного луча с Г и растворение частиц Г с образованием расплава вольфрам — углерод. В ходе процесса

Г и вольфрам попадают в зону испарения со скоростями, обеспечивающими постоянство уровня расплава относительно верхнего торца тигля и относительно расходуемой поверхности Г.

1 ил. испарения из водоохлаждаемых тиглей графита и переходного металла на расходуемой поверхности графита размеща.. ют навеску вольфрама и расплавляют ее электронным лучом. Таким образом, на поверхности графита образуется ванна-посредник, наличие которой исключает непосредственный контакт электронного луча с поверхностью графита, а также обеспечивает растворение частиц графита с образованием расплава вольфрам — углерод. Поскольку углерод имеет упругость пара выше, чем вольфрам, из расплава преимущественно испаряется углерод.

В ходе процесса графит и вольфрам подают в зону испарения с такими ско«

1641892 ростями, чтобы обеспечивалось постоянство уровня зеркала расплава относительно верхнего торца водоохлаждаемого тигля и относительно расходуемой поверхности графита. При этом глубина

5 ванны остается постоянной и обеспечивается стабильность процесса и свойств покрытия.

На чертеже изображена схема, поясняющая способ.

На чертсже изображены водоохлаждаемый тигель 1, вакуумная камера 2, графитовый стержень 3, ванна-посред;ник 4, устройство 5 подпитки, стержень 6 из переходного металла, второй водоохлаждаемый тигель 7, паровой поток 8, 9, электронный луч 10, пушка 11, заслонка 12, подложка 13, дополнительная пушка 14, пушка 15, электронный луч 16.

Способ осуществляют следующим об45 разом.

В цилиндрический водоохлаждаемый .медный тигель 1, расположенный в вакуумной камере 2, помещают графитовый стержень 3 на поверхность которого помещают навеску вольфрама и расплавляют ее электронным лучом 16 от пушки 15 до образования расплав30 ленной ванны-посредника 4. Нагрев ванны электронным лучом осуществляют в течение всего процесса нанесения покрытия. При наведении указанной ванны в начале -процесса подложку 13. закрывают заслонкой 12, кото- 35 рую после выхода на режим испарения открывают. По мере испарения стержень 3 подают вверх, а ванну-посредник 4 подпитывают вольфрамом, например, в виде проволоки из устроиства

5 подпитки. Сбразующийся паровой поток 8 конденсируется на подложку

13, которую в случае необходимости подогревают электронным лучам дополнительной пушки 14.

При нанесении таких углеродсодержащих покрытий, как карбиды, графитовый стержень 3 испаряют как описано выше, а из водоохлаждаемого медного тигля 7 испаряют стержень 6, со- 50 стоящий из переходного металла. Для этого стержень 6 нагр евают электронным лучом 10 от пушки 11, осуществ-.. ляя таким образом его испарение.

Образующийся паровой поток 9 совме- 55 стна с паровым потоком 8 углерода осаждается на подложку 13 с образо ванием углеродсодержащего покрытия. °

Состав покрытия можно регулировать, например, изменением соотношения мощ; настей пушек 15 и 11.

Пример 1. Способ бып осуществлен на лабораторно-промышленной установке УЭ-109М. В качестве источника углерода бып выбран графит марки ИГ-1, из которого бып изготовлен стержень 3 диаметром 68,5 мм и высотой 200 мм. Стержень 3 помещали в медный водоохлаждаемый тигель 1 с внутренним диаметром 70 мм. В качестве материала ванны-посредника бып использован технически чистый вольфрам. Навеска вольфрама составляла

300 г, ток луча 16 электронной пушки

15-3,5. А, ускоряющее напряжение

20 кВ, удельная мощность луча

18,2 ИВт/м, давление в камере (1,331,66) х 10 зПа, подложку 13 из нитрида кремния нагревали до 600 С. Расстояние от подложки 13 до поверхности зеркала расплава составляло

300 мм. По мере испарения стержень 3 подавали вверх со скоростью, обеспечивающей постоянство уровня зеркала расплава относительно тигля. Ванну подпитывали вольфрамовой проволокой диаметром 1 мм со скоростью 6 мм/мин, Продолжительность процесса составила

36 мин с момента открытия заслонки

12, а толщина полученного покрытия

850-900 мкм (скорость нанесения 17001800 мкм/ч). По внешнему виду покрытие имело черный цвет и гладкую блестящую поверхность. Рентгеноструктурный анализ покрытия показал, что оно представляет собой рентгеноаморфный материал.

Пример 2. Способ бып осуществлен на установке УЭ-139И.В качестве источника углерода бып выбран графит марки ГЭ, из которого бып изготовлен стержень 3 диаметром

68,5 мм и высотой 200 мм. Стержень

3 бып помещен в медный водоохлаждаемый тигель 1 с внутренним диаметром

70 мм, расположенный слева. В аналогичный тигель 7, расположенный рядом справа, бып помещен стержень 6 из иодидного титана, подвергнутого электронно-лучевому переплаву, и имеющий диаметр 68,5 мм и высоту

200 мм. Расстояние между осями тиглей 1 и 7 составляло 250 мм. На по-. верхность графитового стержня 3 была помещена навеска технически чистого вольфрама. Каждый из тиглей

5 16418 грели отдельной электронной пушкой.

После расплавления вольфрамовой навески и верхнего торца титанового

1 стержня открывали заслонку 12. Навеска вольфрама составляла 350 г, ускоряющее напряжение 20 кВ, ток электронного луча 16 тигля 1 с графитом составлял 3,0 А (удельная мощность луча 15,6 МВт/м ), а тигля 7 с титаном — 1,3 А, давление в камере (1,33-2,66) х10 Па. Подложку 13 нагревали до 850 С. Расстояние от подложки 13 до поверхности зеркала расплава составляло 300 мм. По мере испарения оба стержня с необходимой скоростью подавали вверх. Вольфрамовую расплавленную навеску, располоенную на расходуемой поверхности рафита, подпитывали вольфрамовой проволокой диаметром 1 мм со скоростью . 4 мм/мин. Продолжительность процесса -составила 30 мин с момента открытия заслонки 12, а толщина полученного. окрытия 800-850 мкм (скорость нанесения 1600-1700 мкм/ч) . По внешнему виду покрытие светло-серого цвета с гладкой поверхностью. Рентгеноструктуриый анализ покрытия показал нали92 чие карбида титана и аморфной фазы, соответствующей избыточному углероду.

Использование данного способа по." лучения углеродсодержащих покрытий обеспечивает существенное (более чем в 100 раз) увеличение производительности процесса без снижения качества покрытий °

Формулаизобретения

Способ получения углеродсодержащих покрытий в вакууме путем электронно-лучевого испарения из водоохлаждаемых тиглей графита и переходного металла с последующей конденсацией паров на подложке, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса без снижения качества покрытий на расходуемой поверхности графита электронным лучом, расплавляют навеску вольфрама и осуществляют подачу графита и вольфрама в зону испарения со скоростями, обеспечивающими постоянство уровня зеркала расплава относительно верхнего торца тигля и расходуемой поверхности графита.

1641892

Составитель С.Батюк .Редактор Т.Лазоренко - Техред М.Дидык

Корректор N,де щик

Заказ 1126 Тираж 584 Подписное 1

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101