Способ нанесения покрытий пиролитических карбидохромовых на поверхность чугунных деталей

 

Изобретение относится к способам нанесения карбидохромовых покрытий термическим разложением бис-ареновых соединений хрома и найдет применение в различных областях, как например нефтедобывающей и нефтехимической промышленности, в которых используется оборудование с защитными коррозионно- и износостойкими поверхностями металлических деталей, в том числе из чугуна. Техническим результатом изобретения является получение адгезионно прочного, со значениями адгезии до 320 МПа и твердости до 25 ГПа, коррозионно- и износостойкого покрытия на чугунных деталях устройств, работающих в особо агрессивных средах. Способ нанесения пиролитического карбидохромового покрытия включает помещение бис-ареновых соединений хрома. Обрабатываемую поверхность предварительно перед нанесением покрытия отжигают в вакууме в течение 8 часов при температуре 550^oС при статочном давлении 10-15 Па. После отжига осуществляют травление в 36% HCl в течение 1 ч с последующим удалением шлама моющим средством на основе оксида магния. 7 табл.

Изобретение относится к способам нанесения карбидохромовых покрытий термическим разложением бис-ареновых соединения хрома и найдет применение в различных областях, например нефтедобывающей и нефтехимической промышленности, в которых используют оборудование с защитными коррозионно- и износостойкими поверхностями металлических деталей.

Известен способ нанесения защитных покрытий на чугунных поверхностях, в котором защитные покрытия наносились методом гальваномеханического хромирования, см. В.А. Черемпий, Прочность сцепления покрытий с чугуном при гальваномеханическом хромировании. В сб. Физико-механические свойства гальванических и химических покрытий металлами и сплавами, М., 1986. Сущность способа состоит в интенсификации процесса хромирования путем механической активизации поверхности и увеличения рабочих плотностей тока; создаваемая в этом случае прочность сцепления покрытия с поверхностью детали равна 180-220 МПа.

Недостатком известного способа является малая прочность сцепления покрытия с поверхностью деталей, на которые наносится покрытие, низкая производительность и большие энергетические затраты.

Ближайшим техническим решением является способ нанесения пиролитических карбидохромовых покрытий, в котором осаждения пленок карбида хрома осуществляют разложением металлоорганического соединения - бис-ареновых соединений хрома, а термическое разложение ведут в три стадии, см. Авторское свидетельство СССР 1759958, МКИ С 23 С 16/32, 1992.

Недостатком известного способа является ограниченный диапазон металлов, на которые можно наносить защитное покрытие, т.е. невозможность нанесения покрытий на различные детали, изготовленные из чугуна, работающие в агрессивных средах.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение адгезионной прочности и твердости коррозионно- и изностойкого покрытия поверхности чугунных деталей устройств, работающих в особо агрессивных средах.

Технический результат достигается тем, что в способе нанесения пиролитического карбидохромового покрытия на поверхность чугунных деталей, включающем в себя помещение детали в реакционную камеру, нагрев поверхности детали до температуры распада бис-ареновых соединений хрома, предварительно осуществляют вакуумный отжиг подложки в течение 8 часов при температуре 550^oС, давлении 0,1 Па, с последующим травлением в 36% НСl в течение 1 часа и удалением шлама моющим средством на основе оксида магния, далее помещением детали в реакционную камеру, созданием остаточного давления в пределах 10-15 Па, нагрева деталей до температуры 540±10^oС, скорости подачи жидкости "Бархос" 0,4 кг/ч, скорости откачки 850-600 л/с и продолжительности процесса 2,4 часа.

Способ нанесения пиролитических карбидохромовых покрытий на поверхность чугунных деталей, работающих в агрессивных средах, осуществляют следующим образом.

Предварительно перед нанесением покрытия осуществляют вакуумный отжиг в течение 8 часов при температуре 550^oС и давлении 0,1 Па.

После отжига обрабатываемую поверхность протравливают в 36% HCl в течение 1 часа. Затем удаляют весь шлам с обрабатываемой поверхности моющими средствами на основе оксида магния. После предварительной обработки поверхности начинают процесс нанесения защитного покрытия, включающий в себя помещение детали в реакционную камеру, создание вакуума, нагрев поверхности детали до температуры распада бис-ареновых соединений хрома, подачу жидких бис-ареновых соединений хрома в виде жидкости "Бархос".

Примеры и результаты подбора условий способа нанесения покрытий и предварительной модификации поверхности деталей из чугуна марки С403Ц016, а именно: температура, давление, скорость подачи бис-ареновых соединений хрома, скорость откачки продуктов пиролиза, тип кислоты, тип моющего средства, оцененные такими контрольными показателями качества, как адгезия, микротвердость по Виккерсу, толщина, приведены в табл. 1-7.

Согласно представленным результатам наиболее адгезионно прочными являются покрытия, полученные способом нанесения покрытий с предварительной подготовкой поверхности деталей, включающей в себя: вакуумный отжиг при температуре 540±10^oС (см. табл. 1) и давлении 0,1 Па (см. табл. 2 и 3). После отжига обрабатываемую поверхность протравливают в 36% HCl (см. табл. 4) в течение 1 часа (см. табл. 5). Затем удаляют весь шлам с обрабатываемой поверхности моющим средством на основе оксида магния.

Испытания на адгезию, проведенные на образцах чугуна марки СЧ 21-40 с карбидохромовым покрытием, полученным из хроморганической жидкости "Бархос" на поверхности, подготовленной (по прототипу) путем обезжиривания, промывкой водой и без проведения отжига, показали отрицательный результат - 50 МПа.

Испытания на адгезию образцов с гальваномеханическим покрытием, полученным на поверхности деталей из чугуна по оптимизированному режиму, методом нормального отрыва, показали значение 200-250 МПа, что является предельным значением адгезии гальваномеханического хромирования и в 1,4 раза меньшим значения адгезии карбидохромового покрытия, получаемого по тому же режиму.

Повышенная адгезия в данном способе обеспечивается созданием активационного слоя в ходе взаимодействия между компонентами моющего средства и чугуна подложки сначала по реакции 2MgO + Si = SiO₂ + 2Mg а затем, при нагревании до 550^oС, х Mg + y Cr = Mg_x Cr_y Прогнозируемая толщина промежуточного слоя 0,1-0,3 мкм.

Изобретение позволяет сократить необходимые при перекачки агрессивных сред энергетические затраты более чем в 2 раза и экономические затраты более чем в 3 раза. Кроме того, способ позволяет наносить адгезионно прочные коррозиестойкие карбидохромовые покрытия.

Формула изобретения

Способ нанесения покрытия пиролитического карбидохромового на чугунные детали устройств, работающих в агрессивных средах, включающий в себя помещение детали в реакционную камеру, нагрев поверхности детали до температуры распада бис-аренового соединения хрома, отличающийся тем, что предварительно осуществляют вакуумный отжиг поверхности деталей в течение не менее 8 ч при температуре 540±10^oС при давлении 0,1 Па, с последующим травлением в 36% НСl в течение 1 ч и удалением шлама моющим средством на основе оксида магния, а затем наносят покрытие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4