Способ нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы

Авторы патента:

Ильин Вячеслав Александрович (RU)

Семёнычев Валентин Владимирович (RU)

Панарин Александр Витальевич (RU)

Тюриков Евгений Владимирович (RU)

C23C16/32 - карбиды

Владельцы патента RU 2449053:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к нанесению износостойких покрытий и может найти применение в авиастроении и машиностроении. Проводят диффузионную электрохимическую обработку титанового сплава в электролите следующего химического состава, г/л: ортофосфорная кислота - 1100-1200, сегнетова соль или молочная кислота - 20-50, вода - до 1 л. Осаждают карбид хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения. Диффузионную электрохимическую обработку проводят в течение 1-2 ч при плотности тока 5-10 А/дм² и температуре 50-60°С. Перед осаждением карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения в соединение вводят 2-5 мас.% дибензилового эфира. Процесс осаждения карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения проводят в вакууме или токе инертного газа при давлении ≤100 Па. Увеличивается ресурс и надежность деталей из титановых сплавов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, износа и высоких температур. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к нанесению износостойких покрытий для защиты поверхностей титановых сплавов от воздействия агрессивных сред, износа и высоких температур и может найти применение в авиастроении, машиностроении.

Получению качественных износостойких покрытий на изделиях из титановых сплавов препятствует их способность к внедрению газа в поверхностные слои, а также наличие образующейся на воздухе при нормальных условиях оксидной пленки TiO₂.

Известен способ нанесения износостойкого покрытия на нагретую поверхность изделий путем термического разложения в вакууме паров бисэтилбензолхрома, в котором нанесение покрытия ведут в неизотермическом режиме при температурах 300-350°С на начальной стадии процесса с последующим повышением ее до 500-600°С (а.с. СССР №638634).

Недостатком известного способа является неудовлетворительная адгезионная прочность покрытия на титановых сплавах.

Известен способ получения износостойкого хромового покрытия на изделиях из титановых сплавов в гальванической ванне, в котором на изделие предварительно наносят подслой никеля с последующей термической обработкой (патент ФРГ №3716937).

Недостатком известного способа является необходимость применения токсичных соединений шестивалентного хрома (1-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76).

Известен способ нанесения двухслойного износостойкого покрытия на титановые сплавы, в котором сначала наносят подслой из меди толщиной 0,3-10 мкм, проводят вакуумный отжиг при температуре 450-500°С и глубине вакуума 10^-3-10^-2 мм рт.ст., затем в качестве износостойкого слоя наносят карбид хрома пиролизом бисаренхроморганических соединений (а.с. СССР 1776699).

Недостатком известного способа являются низкие адгезионные свойства покрытия и/или подслоя.

Известен способ нанесения износостойкого покрытия на изделия из титановых сплавов, в котором создают шероховатость на поверхности изделия путем пескоструйной обработки, в качестве промежуточного слоя на основу наносят слой никеля путем катодного распыления в вакуумной камере, после чего проводят промежуточную стадию очистки, активацию путем погружения в цианидсодержащий раствор и последующее нанесение износостойкого покрытия из электролита, содержащего серебро или металл, выбираемый из группы, включающей хром, и/или никель, и/или кобальт с/или без керамических частиц SiC, Cr₂C₃, Al₂О₃, Cr₂O₃ (патент РФ №2068032).

Недостатком известного способа является необходимость применения вредных соединений цианида и низкие адгезионные свойства покрытия и/или подслоя.

Известен способ нанесения на основу из алюминия или его сплава композиционного покрытия, содержащего карбид хрома, в котором между основой и слоем из пиролитического карбида хрома размещен промежуточный слой из оксидокерамики (патент РФ №2175686).

Недостатком известного способа является невозможность его использования для титановых сплавов.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ нанесения двухслойного износостойкого покрытия на титановые сплавы, включающий осаждение подслоя никеля или его сплавов толщиной 0,1-10 мкм и последующее осаждение износостойкого слоя карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганических соединений (патент РФ №2251589).

Недостатком способа-прототипа является недостаточно высокая адгезионная прочность покрытия.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы с высокой адгезионной прочностью.

Для решения поставленной задачи предложен способ нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы путем осаждения карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения, в котором перед осаждением карбида хрома проводят диффузионную электрохимическую обработку титанового сплава в электролите следующего химического состава, г/л:

ортофосфорная кислота	1100-1200
сегнетова соль или молочная кислота	20-50
вода	до 1 л

Диффузионную электрохимическую обработку проводят в течение 1-2 ч при плотности тока 5-10 А/дм² и температуре 50-60°C.

Перед осаждением карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения в соединение может быть введено 2-5 мас.% дибензилового эфира.

Процесс осаждения карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения проводят в вакууме или токе инертного газа при давлении ≤100 Па.

Проведение диффузионной электрохимической обработки в электролите с заявляемым содержанием и соотношением компонентов перед осаждением карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения позволяет значительно повысить адгезионные свойства наносимого на титановые сплавы износостойкого покрытия без нанесения подслоя.

Введение дибензилового эфира в бисаренхроморганическое соединение стабилизирует и ускоряет процесс осаждения, а также изменяет внутреннюю структуру карбида хрома, что приводит к увеличению максимальной толщины покрытия и повышению качества его поверхности.

Примеры осуществления

Пример 1

В качестве образцов использовали листовые детали из титанового сплава ВТ22. Диффузионную электрохимическую обработку проводили в течение 1 ч при плотности тока 8 А/дм² и температуре 50°С в электролите следующего состава, г/л: ортофосфорная кислота - 1156, сегнетова соль - 20, вода до 1 л. Покрытие осаждали в вакууме из бисаренхроморганического соединения «Бархос» (ТУ 6-01-1149-78) с добавкой 2% дибензилового эфира. Режимы обработки и состав электролита приведены в таблице.

Пример 2

Аналогичен примеру 1, в качестве образцов использовали листовые детали из титанового сплава ВТ6.

Пример 3

Аналогичен примеру 1, в качестве образцов использовали листовые детали из титанового сплава ОТ4.

Пример 4 - по способу-прототипу

Из представленных в таблице результатов видно, что адгезионная прочность покрытия, получаемого по предлагаемому способу, на 10-15% выше, чем в способе-прототипе, при сохранении высокой микротвердости на уровне прототипа.

Предлагаемый способ позволит увеличить ресурс и надежность деталей из титановых сплавов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, износа и высоких температур.

Таблица
№ п.п.	Состав электролита, г/л	Плотноть тока, А/дм²	Темпера-тура, °С	Содержание дибензилового эфира в бисаренхроморганическом соединении, %	Адгезионная прочность, МПа	Микротвердость, ГПа
ортофосфорная кислота	сегнетова соль	молочная кислота
1	1156	20	-	10	55	5	630	17
2	1100	-	50	8	50	2	635	17
3	1200	-	35	5	60	-	640	16
4	-	-	-	-	-	-	570	17

1. Способ нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы путем осаждения карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения, отличающийся тем, что перед осаждением карбида хрома проводят диффузионную электрохимическую обработку титанового сплава в электролите следующего химического состава, г/л:

ортофосфорная кислота	1100-1200
сегнетова соль или молочная кислота	20-50
вода	до 1 л

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диффузионную электрохимическую обработку проводят в течение 1-2 ч при плотности тока 5-10 А/дм³ и температуре 50-60°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед осаждением карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения в соединение вводят 2-5 мас.% дибензилового эфира.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осаждения карбида хрома из паровой фазы бисаренхроморганического соединения проводят в вакууме или токе инертного газа при давлении ≤100 Па.

Изобретение относится к коррозионно-стойкой тонкопленочной многослойной структуре и коррозионно-стойкому компоненту, обладающим низкой скоростью изнашивания и низким коэффициентом трения, и способу осаждения покрытия упомянутых пленок.

Легированный вольфрам, полученный химическим осаждением из газовой фазы // 2402625

Изобретение относится к композиции металлических сплавов, а именно к износо-, эрозионно- и химически стойкому материалу на основе вольфрама, легированному углеродом, причем углерод в пересчете на полный вес материала составляет от 0.01 вес.% до 0.97 вес.%.

Способ формирования покрытий из карбида вольфрама // 2280098

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов. .

Способ получения композиционного материала // 2241068

Изобретение относится к получению композиционных материалов, обладающих высокой термической и противоокислительной стойкостью. .

Способ получения углеродосодержащих покрытий // 2199608

Способ нанесения покрытий пиролитических карбидохромовых на поверхность чугунных деталей // 2188877

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.

Способ эпитаксиального выращивания карбида кремния и реактор для его осуществления // 2162117

Способ получения композиционного материала // 2130509

Изобретение относится к производству высокотемпературных материалов и может быть использовано в качестве теплонагруженных узлов ракетно-космической техники, в автомобиле- и тракторостроении для изготовления узлов очистки выхлопных газов, подшипников скольжения, торцевых уплотнений и пр.

Керамические нити с покрытием и способ получения покрытия // 2114932

Устройство для осаждения слоев карбида кремния из газовой фазы // 2060299

Изобретение относится к устройствам для осаждения из газовой фазы слоев композиционных материалов и может быть использовано для получения слоев и изделий из карбида кремния, характеризующихся теоретической плотностью, стехиометрическим составом, а также высокой производительностью и выходом годного.

Способ нанесения покрытия из оксида алюминия на подложку, покрытую карбидом кремния // 2468361

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из оксида алюминия на деталь, имеющую поверхность из карбида кремния (SiC) и используемую в высокотемпературных областях техники

Устройство для получения карбидокремниевых волокон // 2471885

Изобретение относится к устройствам для получения пиролизом монофиламентных карбидокремниевых волокон

Гетероструктуры sic/si и diamond/sic/si, а также способы их синтеза // 2499324

Изобретение относится к сфере производства гетероэпитаксиальных структур, которые могут быть использованы в технологии изготовления элементов полупроводниковой электроники, способных работать в условиях повышенных уровней радиации и высоких температур. Гетероэпитаксиальную полупроводниковую пленку на монокристаллической подложке кремния выращивают методом химического осаждения из газовой фазы. Проводят синтез гетероструктуры SiC/Si на монокристаллической подложке кремния в горизонтальном реакторе с горячими стенками путем формирования переходного слоя между подложкой и пленкой карбида кремния со скоростью не более 100 нм/ч при нагреве упомянутой подложки до температуры от 700 до 1050°C с использованием газовой смеси, содержащей 95-99% водорода и в качестве источников кремния и углерода SiH4, C2H6, С3Н8, (CH3)3SiCl, (CH3)2SiCl2, при этом C/Si≥2, и формирования монокристаллической пленки карбида кремния с помощью подачи в реактор парогазовой смеси водорода и CH3SiCl3 при поддержании в реакторе абсолютного давления в диапазоне от 50 до 100 мм рт.ст. В качестве подложки кремния используют пластину, имеющую угол наклона относительно кристаллографического направления (111) в направлении (110) от 1 до 30 угловых градусов и в направлении (101) от 1 до 30 угловых градусов. Обеспечивается улучшение совместимости двух материалов слоя карбида кремния и подложки кремния с различным периодом кристаллических решеток, при этом понижаются механические напряжения в гетероструктуре и получаются более низкие плотности дефектов в слое карбида кремния. 6 н.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.

Скользящий элемент // 2567075

Изобретение относится к скользящему элементу поршневого узла двигателя внутреннего сгорания, а также к поршневому кольцу и гильзе цилиндра, содержащим упомянутый скользящий элемент. Скользящий элемент содержит, по меньшей мере на одном участке, по меньшей мере один слой а-С:Н:Ме, где Me - германий и кремний, и слой а-С:Н, нанесенный на слой а-С:Н:Ме в качестве покровного слоя. Суммарная толщина упомянутого по меньшей мере одного слоя а-С:Н:Ме составляет от 15 до 40 мкм. Обеспечивается получение скользящего элемента, поршневого кольца или гильзы цилиндра с пониженным коэффициентом трения в течение продолжительного периода времени, предпочтительно в течение всего срока службы двигателя сгорания, в котором используется данный скользящий элемент. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Покрытый карбидом тантала углеродный материал и способ его изготовления // 2576406

Изобретение относится к покрытому карбидом тантала углеродному материалу и способу его изготовления. Покрытый карбидом тантала углеродный материал содержит углеродную подложку и покрывающую ее пленку карбида тантала. При измерениях с изменением угла ориентации (α) образца покрытого карбидом тантала углеродного материала покрывающая пленка карбида тантала имеет максимальную величину дифракционного пика, соответствующего плоскости (311) карбида тантала, определенyю с помощью рентгеновской дифракции, при угле ориентации (α) по меньшей мере 80 градусов. Способ изготовления покрытого карбидом тантала углеродного материала за счет формирования покрывающей пленки карбида тантала на углеродной подложке включает формирование кристаллических зародышей карбида тантала на поверхности углеродной подложки при температурах от 850 до 950°С и осуществление роста кристаллических зародышей карбида тантала при нагреве с постепенным увеличением рабочей температуры, при котором обеспечивают разницу температур 50°С или больше. Обеспечивается покрытый карбидом тантала углеродный материал, являющийся термостойким и устойчивым к газовому травлению. 5 н. и 24 з.п. ф-лы, 27 ил., 11 табл., 10 пр.

Микротвэл ядерного реактора // 2603018

Изобретение относится к области ядерной энергии, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу на основе оксидного топлива и защитное покрытие, включающее первый от топливной микросферы низкоплотный слой толщиной 84-110 мкм, второй плотный слой толщиной 30-36 мкм, третий слой карбида кремния и четвертый высокоплотный слой толщиной 36-42 мкм. Все слои выполнены из карбида кремния, при этом первый слой имеет плотность 0,9-1,2 г/см3, второй слой имеет плотность 2,5-2,9 г/см3, третий слой имеет плотность 1,5-2,2 г/см3 и толщину 7-13 мкм, а четвертый слой имеет плотность 3,2-3,3 г/см3. Технический результат: получение микротвэла ядерного реактора с повышенным ресурсом эксплуатации (увеличение глубины выгорания топлива) за счет снижения давления газообразных продуктов деления на защитные слои. 5 ил.

Способ изготовления микротвэлов ядерного реактора // 2603020

Изобретение относится к области ядерной энергии, в частности к производству микротвэлов. Последовательно осаждают на топливную микросферу пиролизом смеси газов в кипящем слое низкоплотный, высокоплотный, слой карбида кремния и наружный высокоплотный слои покрытий. Низкоплотный слой карбида кремния осаждают из смеси метилсилана и аргона при концентрации метилсилана 5-15 об.%, высокоплотный слой карбида кремния осаждают из смеси метилсилана и аргона при концентрации метилсилана не более 10 об.%, слой карбида кремния осаждают из смеси метилсилана и аргона при концентрации метилсилана не более 5 об.%, наружный высокоплотный слой карбида кремния осаждают из смеси метилтрихлорсилана и водорода при концентрации метилтрихлорсилана 1,2-1,5 об.%. Технический результат - упрощение способа производства микротвэлов ядерного реактора, увеличение срока службы топливных микросфер, а также расширение их области применения для реакторов на быстрых нейтронах. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Способ получения гибридного материала на основе многостенных углеродных нанотрубок с покрытием карбида титана // 2612247

Изобретение относится к технологии получения функциональных наноматериалов, а именно к химической технологии получения нанокомпозиционных гибридных материалов, состоящих из многостенных углеродных нанотрубок и осажденных на них с использованием метода химического осаждения из паровой фазы металлоорганического соединения титана покрытий из карбида титана, и может быть использовано в электронных эмиттерах плоско-панельных дисплеев и в других автоэмиссионных вакуумных устройствах. Способ получения нанокомпозиционного гибридного материала на основе многостенных углеродных нанотрубок с покрытием из карбида титана включает размещение многостенных углеродных нанотрубок в реакторе, создание в реакторе предварительного разряжения, нагрев многостенных углеродных нанотрубок до заданной температуры, подачу металлоорганического соединения титана к поверхности многостенных углеродных нанотрубок, пиролиз металлоорганического соединения титана на поверхности многостенных углеродных нанотрубок с осаждением покрытия карбида титана и удаление летучих продуктов пиролиза металлоорганического соединения титана. В качестве исходного металлоорганического соединения титана используют бис(циклопентадиенил)титан дихлорид, а его пиролиз проводят на поверхности многостенных углеродных нанотрубок при температуре не ниже 850°C и не выше 900°C. Обеспечивается упрощение технологии получения покрытий карбида титана на поверхности многостенных углеродных нанотрубок за счет использования одного титансодержащего металлоорганического прекурсора. 5 ил., 6 пр.