Способ нанесения двухслойного износостойкого покрытия на титан и его сплавы

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам нанесения износостойких карбидохромовых покрытий, и может быть использовано для защиты поверхности изделий из титана и его сплавов от воздействия агрессивных сред, абразивного износа и высоких температур. Предложен способ нанесения двухслойного износостойкого покрытия на титан и его сплавы, включающий нанесение подслоя металла и последующее нанесение износостойкого слоя карбида хрома пиролизом бисаренхроморганических соединений, при этом перед нанесением износостойкого слоя карбида хрома пиролизом бисаренхроморганических соединений наносят подслой из никеля или его сплавов толщиной 0,1-10 мкм. Технический результат - получение износостойкого покрытия на титане и его сплавах с повышенной прочностью сцепления пиролитического покрытия с подложкой и повышенной прочностью на смятие при отсутствии растрескивания. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к защитным покрытиям, в частности к способам нанесения износостойких карбидохромовых покрытий путем термораспада металлоорганических соединений, и может быть использовано для защиты поверхности изделий из титана и его сплавов от воздействия агрессивных сред, абразивного износа и высоких температур.

Известен способ нанесения карбидохромовых покрытий на титан и его сплавы для защиты от воздействия агрессивных сред, включающий механическую подготовку (обдувку корундовым песком), гидридную обработку поверхности и нанесение карбидохромовых покрытий на нагретую поверхность титановых изделий термическим разложением паров бисареновых хроморганических соединений (“Применение металлоорганических соединений для получения неорганических покрытий и материалов”./Под редакцией Г.А.Рузаваева - М.: Наука, 1986 г.; “Электрохимические покрытия изделий радиоэлектронной аппаратуры” Справочник/Под редакцией И.Д.Груева - М.: Радио и связь, 1988 г.).

Однако прочность сцепления получаемых данным способом покрытий оказывается недостаточной вследствие насыщения поверхностных слоев титана газами, образующимися в результате пиролиза, в частности водородом. Это приводит к осыпанию покрытий и преждевременному износу деталей.

Наиболее близким к предлагаемому способу, принятым авторами за прототип, является способ нанесения двухслойных покрытий на титан и его сплавы. Согласно этому способу на титан и его сплавы наносят подслой меди толщиной 0,3-10 мкм, проводят вакуумный отжиг при глубине вакуума 10^-3-10^-2 мм рт.ст. и температуре 450-500°С и наносят износостойкий слой из карбидов хрома пиролизом бис-аренхроморганических соединений (Авторское свидетельство СССР 1776699А1 “Способ нанесения двухслойного износостойкого покрытия на титан и его сплавы”).

Недостатком известного способа является низкая прочность сцепления перлитического покрытия с подложкой и низкая прочность медного подслоя на смятие, что приводит к растрескиванию пиролитического карбидохромового покрытия при контактных нагрузках, кроме этого, к недостаткам прототипа следует отнести высокую энергоемкость процесса вакуумного отжига медного подслоя.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа получения износостойкого покрытия на титане и его сплавах, обладающего повышенной прочностью сцепления пиролитического покрытия с подложкой и повышенной прочностью на смятие при отсутствии растрескивания.

Для решения поставленной задачи предложен способ нанесения двухслойного износостойкого покрытия на титан и его сплавы, включающий нанесение подслоя никеля или его сплавов толщиной 0,1-10 мкм и последующее нанесение износостойкого слоя карбида хрома пиролизом бис-аренхроморганических соединений.

Подслой никеля наносят либо пиролитическим разложением карбонильного никеля Ni(CO)₄ в вакууме или в среде инертного газа, либо подслой никеля или его сплавов наносят гальваническим методом из сульфаматных электролитов.

В случае использования в качестве подслоя карбонильного никеля Ni(CO)₄ процесс нанесение подслоя и покрытия ведется последовательно в одной реакционной камере, что значительно снижает трудоемкость процесса.

Существенное отличие предложенного способа от прототипа заключается в том, что в качестве подслоя применяют Ni или его сплавы.

Подслой никеля или его сплавов обеспечивает увеличение коррозионной стойкости двухслойного покрытия в большей степени, чем подслой меди, причем подслой никеля толщиной менее 0,1 мкм не является сплошным и не может выполнять свою функцию, а подслой с толщиной более 10 мкм не выполняет назначение его как подслоя под последующее пиролитическое карбидо-хромовое покрытие.

Примеры осуществления

Пример 1

В качестве образцов использовались лопатки компрессора авиадвигателя и диски из сплава ВТ-9. Шероховатость поверхности образцов равнялась R_a=0,32 мкм. Осаждение подслоя Ni осуществляли гальваническим путем из известных сульфаматных электролитов состава:

- никель сульфаминовокислый 400-450 г/л;

- никель хлористый 40-45 г/л

Подслой никеля толщиной 0,1 мкм препятствует окислению титановой поверхности на воздухе при монтаже в камере осаждения пиролитического износостойкого покрытия, а также обладает высокой активационной способностью.

Пример 2

В качестве образцов использовались крепежные детали (болты, гайки) из сплава ВТ9.

Нанесение карбонильного никеля пиролитическим методом из карбонила никеля Ni(CO)₄ проводили в той же камере, что и нанесение основного износостойкого покрытия при температуре 200-220°С в вакууме толщиной 10 мкм.

Пример 3

В качестве образцов использовались листовые детали из сплава ОТ4-1. Нанесением карбонильного никеля пиролитическим методом из карбонила никеля Ni(СO)₄ проводили при температуре 200-220°С в среде аргона толщиной 5 мкм.

Пример 4 - по прототипу

В таблице приведены результаты испытания износостойких покрытий с подслоем из никеля и его сплавов.

Таблица
Пример	Толщина подслоя мкм	Адгезионная прочность, МПа	Когезионная прочность МПа	Микротвердость кгс/мм2
1	0,1	590	402	650
2	10,0	564	410	1700
3	5	570	390	1500
4	1,75	540	352	400

Из результатов испытаний, приведенных в таблице, можно сделать следующие выводы:

- подслой никеля увеличивает адгезионную прочность на 10-20%;

- когезионная прочность двухслойной системы покрытия увеличивается в пределах 12-15%.

Предложенный способ обеспечивает получение двухслойного износостойкого покрытия, которое по адгезионной и когезионной прочности превышает износостойкое покрытие, получаемое по известному способу.

Кроме того, по сравнению с известным способом заявляемый способ имеет следующие преимущества:

- позволяет исключить операцию вакуумного отжига;

- позволяет снизить энергоемкость процесса нанесения двухслойного покрытия в 3-4 раза;

- уменьшить вредное газовыделение из титановых сплавов при пиролитическом осаждении карбидохромового покрытия;

- позволяет повысить адгезионную и когезионную прочность.

Таким образом, предлагаемый способ позволит увеличить ресурс и надежность деталей ГТД из титановых сплавов.

1. Способ нанесения двухслойного износостойкого покрытия на титан и его сплавы, включающий нанесение подслоя металла и последующее нанесение износостойкого слоя карбида хрома пиролизом бисаренхроморганических соединений, отличающийся тем, что перед нанесением износостойкого слоя карбида хрома пиролизом бисаренхроморганических соединений наносят подслой из никеля или его сплавов толщиной 0,1-10 мкм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подслой из никеля или его сплавов наносят пиролитическим разложением карбонила никеля Ni(CO)₄ в вакууме или в среде инертного газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение карбонильного никеля или его сплавов и пиролитического карбида хрома осуществляют последовательно в одной реакционной камере.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подслой из никеля и его сплавов наносят гальваническим методом из сульфаматных электролитов.