Способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы ti-al

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий, и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента. Способ получения износостойкого многослойного покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al включает помещение обрабатываемой стальной детали в вакуумную камеру, содержащую плазменный источник с накальным катодом и два электродуговых испарителя в виде катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, ионную чистку плазменным источником с накальным катодом в среде аргона при нагреве детали до температуры 300-350°C в течение 30 минут, ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности детали до температуры 400-450°C, нанесение на деталь нижнего слоя из титана посредством электродугового испарителя с катодом из титана, нанесение следующего слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al в среде реакционного газа азота при давлении 6⋅10-4 мм рт.ст. при одновременном распылении двух упомянутых электродуговых испарителей, нанесение слоя на основе интерметаллида системы Ti-Al в среде аргона при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст. Нанесение слоев покрытия проводят при ассистировании плазменным источником с накальным катодом. Обрабатываемую деталь в вакуумной камере вращают со скоростью 1 об/мин с формированием покрытия с разными интерметаллидными фазами системы Ti-Al. Обеспечивается однородность фазового состава по всему объему покрытия, равномерность толщины покрытий на деталях сложной формы и возможность управления фазовым составом, за счет ассистирования процесса напыления плазменным источником с накальным катодом. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента.

Известен способ нанесения нанокомпозитного однослойного покрытия Ti1-xAlxN на установке вакуумного напыления типа «Квант» с помощью магнетрона с составной мишенью из сплава титана (57 ат. %) и алюминия (43 ат. %) диаметром 120 мм, работающего от источника постоянного тока, оснащенного системой защиты от микродуг. Для получения покрытия со столбчатой структурой нагрев образцов в вакуумной камере перед напылением и поддержание температуры в процессе напыления покрытия осуществляется с использованием молибденового нагревателя, с глобулярной структурой - дополнительной подачи постоянного потенциала смещения Us=-200 В на нагретые до температуры 623 К подложки (см. В.П. Сергеев, М.В. Федорищев, А.В. Воронов, О.В. Сергеев, В.П. Яновский, С.Г. Псахье. Трибомеханические свойства и структура нанокомпозитных покрытий Ti1-xAlxN // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. 2. С. 149-153).

Недостатком известного способа является то, что процесс распыления составной мишени наиболее чувствителен к изменению технологических параметров процесса. При отклонении от последних может неконтролируемо изменяться скорость распыления легкоплавкого элемента Al, входящего в состав в мишени, что приведет к нестабильности свойств покрытия и мишени, неконтролируемому изменению свойств осаждаемого покрытия.

Известен способ нанесения износостойкого покрытия на основе нитрида или карбонитрида титана, содержащего алюминий и легирующий компонент молибден. Покрытие наносят вакуумно-плазменным методом двумя противоположно расположенными составными катодами, содержащими титан и алюминий, и размещенным между ними составным катодом, содержащим титан и молибден TiAlMoN (Патент РФ №2269596, МПК С23С 14/06, 10.02.2006).

Недостатком известного аналога является сложность изготовления и использования составных катодов и невозможность управлять фазовым составом, так как процентное соотношение Ti и Al будет постоянно, и его невозможно будет менять в ходе процесса напыления.

Известен способ получения износостойкого покрытия, включающий очистку поверхности инструмента и вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия с использованием реакционного газа. Помещают инструмент в вакуумную камеру установки, оснащенной магнетронами, электродуговыми испарителями и нагревателем, проводят очистку поверхности в три этапа, на первом - в тлеющем разряде при бесконтактном нагреве поверхности инструмента нагревателем до 100°С, на втором - в плазме магнетронного разряда, на третьем - проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа, нагревая поверхность инструмента на 400-450°С. Затем на подложку наносят нижний слой титана электродуговым испарителем титанового катода в среде инертного газа и чередующиеся слои из двухкомпонентного нитрида титана и трехкомпонентного нитрида титана и алюминия в газовой смеси инертного и реакционного газов. Первым наносят слой нитрида титана, а последним - слой нитрида титана и алюминия. Слои нитрида титана получают магнетронным распылением титановой мишени, а слои нитрида титана и алюминия получают при одновременном электродуговом испарении алюминиевого катода и магнетронном распылении титановой мишени (Патент РФ №2429311, МПК С23С 14/06, 20.09.2011).

Недостатком известного способа является неравномерность толщины покрытия на изделиях сложной формы, малая скорость роста покрытия, отсутствие возможности формирования покрытия нужного состава.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы Ti-Al. Обрабатываемую деталь размещают в вакуумной камере установки, содержащей плазменный источник с накальным катодом и два электродуговых испарителя в виде катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости напротив друг друга. Осуществляют ионную очистку поверхности детали плазменным источником с накальным катодом и ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности до температуры 300-350°С. Наносят на поверхность детали нижний слой титана посредством титанового катода. Наносят слой на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al посредством двух катодов, затем наносят слой на основе интерметаллида системы TiAl посредством двух катодов. Нанесение слоев покрытия осуществляют при ассистировании плазменным источником с накальным катодом. При нанесении слоя на основе интерметаллида изменение его фазового состава осуществляют путем изменения расположения обрабатываемой детали в вакуумной камере (Патент РФ №2489514, МПК С23С 14/02, 22.03.2012).

Недостатком данного способа, принятого за прототип, является то, что осаждение происходит в стационарном режиме, а значит осаждения не будет в определенных точках. Так, например, при осаждении на цилиндрическую деталь покрытие необходимо нанести на всю поверхность, но существуют теневые зоны, в которых осаждения не будет. Помимо этого, невозможно осаждать сложнопрофильные детали.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - улучшение качества поверхности за счет получения однородности фазового состава по всему объему покрытия.

Технический результат, на решение которого направлено заявляемое изобретение, - формирование различных интерметаллидных фаз в покрытии при вращении детали, однородность фазового состава по всему объему покрытия, равномерность толщины покрытий на деталях сложной формы и управление фазовым составом за счет ассистирования процесса напыления плазменным источником с накальным катодом, нанесения покрытия двумя электродуговыми испарителями из титана и алюминия.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе получения износостойкого многослойного покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al, стальную деталь помещают в вакуумную камеру, содержащую плазменный источник с накальным катодом и два электродуговых испарителя в виде катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, проводят ионную чистку плазменным источником с накальным катодом в среде аргона при нагреве детали до температуры 300-350°C в течение 30 минут, проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности детали до температуры 400-450°C, наносят на деталь нижний слоя из титана посредством электродугового испарителя с катодом из титана, наносят следующий слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al в среде реакционного газа азота при давлении 6⋅10-4 мм рт.ст. при одновременном распылении двух упомянутых электродуговых испарителей, наносят слой на основе интерметаллида системы Ti-Al в среде аргона при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст., при этом нанесение слоев покрытия проводят при ассистировании плазменным источником с накальным катодом, вращая деталь в вакуумной камере со скоростью 1 об/мин с формированием покрытия с разным интерметаллидными фазами системы Ti-Al. Кроме того, согласно изобретению могут быть сформированы фазы интерметаллида TiAl, Ti3Al или TiAl3.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображена схема реализации способа получения покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al. Схема содержит подложку, электродуговые испарители (катоды Ti и Al), аноды, вакуумную камеру. А так же приведены зоны образования определенного фазового состава: A) Ti3Al, Б) TiAl, В) TiAl3. На фигуре 2 указаны слои покрытия Ti и Al.

Пример конкретной реализации способа

В вакуумной камере устанавливают обрабатываемую стальную деталь по кольцевой траектории, например, обрезную матрицу из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 2⋅10-4 мм. рт.ст.. На первом этапе проводят ионную чистку плазменным источником с накальным катодом в среде Ar, при этом детали нагревают до температуры 300-350°C.Очистку проводят в течении 30 минут. Далее проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности до температуры 400-450°C. Далее в среде инертного газа при том же давлении наносят первый слой из Ti дуговым испарителем с титановым катодом для лучшей адгезии в течении 5 минут. Следующий слой на основе нитрида интерметаллида системы TiAl(Ti3Al, TiAl3) наносят в среде реакционного газа азота при давлении 6⋅10-4 мм. рт.ст.. Формирование TiAlN(Ti3AlN, TiAl3N) происходит при одновременном распылении двух дуговых испарителей с титановым и алюминиевым катодами, расположенными в одной плоскости противоположно друг другу. Следующим наносят покрытие на основе интерметаллида системы TiAl(Ti3Al, TiAl3) в среде инертного газа Ar при давлении 2⋅10-3 мм. рт.ст.

Итак, заявляемое изобретение позволяет формировать различные интерметаллидные фазы в покрытии при вращении детали, дает однородность фазового состава по всему объему покрытия, равномерность толщины покрытий на деталях сложной формы и управление фазовым составом, за счет ассистирования процесса напыления плазменным источником с накальным катодом, нанесения покрытия двумя электродуговыми испарителями из титана и алюминия.

1. Способ получения износостойкого многослойного покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al, включающий помещение обрабатываемой стальной детали в вакуумную камеру, содержащую плазменный источник с накальным катодом и два электродуговых испарителя в виде катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, ионную чистку плазменным источником с накальным катодом в среде аргона при нагреве детали до температуры 300-350°C в течение 30 минут, ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности детали до температуры 400-450°C, нанесение на деталь нижнего слоя из титана посредством электродугового испарителя с катодом из титана, нанесение следующего слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al в среде реакционного газа азота при давлении 6⋅10-4 мм рт.ст. при одновременном распылении двух упомянутых электродуговых испарителей, нанесение слоя на основе интерметаллида системы Ti-Al в среде аргона при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст., при этом нанесение слоев покрытия проводят при ассистировании плазменным источником с накальным катодом, отличающийся тем, что обрабатываемую деталь в вакуумной камере вращают со скоростью 1 об/мин с формированием покрытия с разными интерметаллидными фазами системы Ti-Al.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al формируют фазы интерметаллида TiAlN.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al формируют фазы интерметаллида Ti3AlN.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al формируют фазы интерметаллида TiAl3N.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al формируют фазы интерметаллида TiAl.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании слоя на основе интерметаллида системы Ti-Al формируют фазы интерметаллида Ti3Al.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании слоя на основе интерметаллида системы Ti-Al формируют фазы интерметаллида TiAl3.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защиты пера рабочих лопаток моноколеса компрессора ГТД из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии.

Изобретение относится к ионно-плазменному низкотемпературному осаждению нанокристаллического покрытия из оксида алюминия на изделия. Осуществляет плавление и испарение алюминия в плазме разряда низкого давления и формирование покрытия осаждением потока частиц плазмы на поверхность изделия в среде кислорода в условиях интенсивной ионной бомбардировки.

Изобретение относится к способу получения нанокристаллического покрытия из альфа-оксида алюминия с высокой скоростью при пониженной температуре. Способ включает нанесение на поверхность изделия изоструктурного подслоя из оксида хрома, нагрев изделия, плавление и испарение алюминия и осаждение покрытия на поверхность изделия в кислородно-аргоновой плазме разряда в условиях ионной бомбардировки.

Изобретение относится к системе и способу нанесения покрытия. Система включает вакуумную камеру и узел для нанесения покрытия.

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий и может быть использовано для расширения ассортимента деталей машин и инструмента. Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме включает осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении 1,5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующее азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100А и токе дугового разряда плазменного источника 50А и температуре детали 550°С.

Изобретение относится к устройству для синтеза покрытий на изделиях. Устройство содержит рабочую вакуумную камеру, размещенный на дне камеры тигель со слитком испаряемого металла внутри него, держатель подложки, источник напряжения смещения и источник питания разряда.

Изобретение относится к области нанесения покрытий из плазмы вакуумно-дугового разряда и может быть использовано для получения фильтрованной плазмы. Способ фильтрации капельной фазы из плазмы вакуумно-дугового разряда при осаждении многослойного покрытия системы Ti-Al на поверхность детали характеризуется тем, что перед деталью на расстоянии 7 мм от нее устанавливают технологическую сетку с квадратными ячейками с оптической прозрачностью 65% из прутка нержавеющей стали, электрически соединяют с упомянутой деталью и подают на упомянутую сетку отрицательный потенциал.

Изобретение относится к области нанесения покрытий из аморфного оксида алюминия на изделия из металла и диэлектриков и может быть использовано в различных областях науки и техники.

Изобретение относится к способу и устройству синтеза сверхтвердого композитного покрытия TiN-Cu и может быть использовано для упрочнения рабочих кромок режущего инструмента.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, хрома и ниобия при их соотношении, мас.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защиты пера рабочих лопаток моноколеса компрессора ГТД из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии.

Изобретение относится к износостойким многослойным покрытиям с алмазоподобным углеродом и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине, химической промышленности для повышения эксплуатационных характеристик изделий функционально различного назначения.

Изобретение относится к многослойному покрытию, нанесенному методом физического осаждения, в частности к функциональным покрытиям преимущественно для изделий, таких как режущие и штамповые инструменты, хирургические импланты (эндопротезы), а также пары трения, которые могут быть синтезированы ионно-плазменными методами.

Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности. Металлическую деталь устанавливают на магнитный диск диаметром 300 мм, который вращают со скоростью 50-52 об/ мин или на поворотный стол с диаметром 550 мм, которому сообщают возвратно-поступательное вращение на 180° со скоростью 1500 мм/мин.

Способ получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 относится к технологиям получения тонких пленок и может быть использован при получении сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 для сверхвысокочастотной техники.

Изобретение относится к способам получения эпитаксиальных тонкопленочных материалов, а именно EuSi2 кристаллической модификации hP3 (пространственная группа N164, ) со структурой интеркалированных европием слоев силицена, которые могут быть использованы для проведения экспериментов по исследованию силиценовой решетки.

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий и может быть использовано для расширения ассортимента деталей машин и инструмента. Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме включает осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении 1,5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующее азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100А и токе дугового разряда плазменного источника 50А и температуре детали 550°С.

Изобретение относится к технике для нанесения покрытий на детали машин, а именно к вакуумной ионно-плазменной обработке поверхностей, и может быть использовано для нанесения функциональных покрытий на моноколеса турбомашин.

Изобретение относится к подложке и способу ее изготовления. Подложка содержит множеством слоев, по меньшей мере один из которых включает оксиды металлов и имеет непосредственно поверх себя слой металлического покрытия, которое содержит по меньшей мере 8 масс.

Изобретение относится к способу получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей пленка/подложка, где х=0,05÷0,25. Осуществляют нанесение на полупроводниковую подложку монокристаллического кремния пленки галлий-замещенного феррита магния Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0,05÷0,25.

Изобретение относится к области нанесения покрытий методом термического испарения пленкообразующих материалов, преимущественно диэлектриков, в вакууме, а именно к испарителю, применяемому в вакуумных установках для нанесения покрытий на подложки. Испаритель содержит корпус 1 для испаряемого материала 2, выполненный в виде разрезного цилиндра, имеющего зазор 3 между его продольными кромками. Экран 4 размещен в полости цилиндра в области продольного зазора 3 с образованием канала между корпусом 1 и экраном 4. Расположение экрана 4 в полости корпуса 1 испарителя препятствует прямому попаданию паров 6 и вылетевших частиц испаряемого материала 2 в зазор 3 между продольными кромками разрезанного цилиндра корпуса 1, которые оказываются в квазизамкнутом канале 5, ограниченном разогретыми экраном 4 и корпусом 1. При многократном отражении от разогретых стенок квазизамкнутого канала 5 вылетевшие частицы испаряемого материала 2 доиспаряются, и пар 6 поступает в зазор 3 между продольными кромками цилиндра корпуса 1. За счет этого формируется молекулярный поток 7 паров наносимого материала в направлении подложки. Техническим результатом является повышение качества покрытия за счет исключения попадания на подложку макроскопических частиц испаряемого материала при упрощении изготовления испарителя для нанесения покрытий в вакууме за счет повышения технологичности его конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий, и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента. Способ получения износостойкого многослойного покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al включает помещение обрабатываемой стальной детали в вакуумную камеру, содержащую плазменный источник с накальным катодом и два электродуговых испарителя в виде катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, ионную чистку плазменным источником с накальным катодом в среде аргона при нагреве детали до температуры 300-350°C в течение 30 минут, ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности детали до температуры 400-450°C, нанесение на деталь нижнего слоя из титана посредством электродугового испарителя с катодом из титана, нанесение следующего слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al в среде реакционного газа азота при давлении 6⋅10-4 мм рт.ст. при одновременном распылении двух упомянутых электродуговых испарителей, нанесение слоя на основе интерметаллида системы Ti-Al в среде аргона при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст. Нанесение слоев покрытия проводят при ассистировании плазменным источником с накальным катодом. Обрабатываемую деталь в вакуумной камере вращают со скоростью 1 обмин с формированием покрытия с разными интерметаллидными фазами системы Ti-Al. Обеспечивается однородность фазового состава по всему объему покрытия, равномерность толщины покрытий на деталях сложной формы и возможность управления фазовым составом, за счет ассистирования процесса напыления плазменным источником с накальным катодом. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Наверх