Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износостойких покрытий, и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей. Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали включает ионную очистку детали в среде инертного газа и формирование адгезионного, переходного и функционального слоев. Обрабатываемую деталь из инструментальной стали с предварительно обезжиренной поверхностью помещают в вакуумную камеру, нагревают, создают в вакуумной камере давление 1⋅10-3-1⋅10-2 Па, проводят ионную очистку в среде инертного газа с подачей на упомянутую деталь напряжения 800 В. Затем на поверхности детали формируют диффузионный слой в азотосодержащем газе при напряжении 500-700 В. В среде инертного газа осаждают адгезионный слой из титана, переходный слой из TiAl и функциональный слой системы Ti-Al, состоящий из комбинации трех слоев TiAlC, TiAlO и TiAlN. Обеспечивается повышение физико-механических свойств детали, улучшение качества поверхности и повышение ресурса работы детали. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износостойких покрытий, и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей.

Известен способ получения покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al, синтезированного в среде азота, включающий в себя ионную очистку и активацию поверхности в два этапа и последующее нанесение композиционного покрытия, состоящего из подслоя титана и функционального покрытия на основе интерметаллида системы Ti-Al в среде азота (RU №2689474, МПК С23С 14/24, С23С 14/02, С23С 14/06, 28.05.2019).

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

Известен способ получения ионно-плазменного покрытия на лопатках компрессора из высоколегированных сталей и сплавов на основе никеля, включающий в себя помещение деталей в вакуумную камеру, создание требуемого вакуума, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку поверхности с последующим нанесением на нее заданного количества пар слоев титана и соединения титана с металлами (RU №2011125849, МПК С23С 14/06, 27.12.2012).

Недостатком аналога является небольшая глубина диффузионного слоя вследствие использования метода ионной имплантации.

Известен способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали, включающий в себя очистку, нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения порошковой быстрорежущей стали, ионное азотирование в атмосфере азота или в азотсодержащем газе и последующее нанесение сложнолегированного покрытия из нитридов тугоплавких металлов. (RU №2413793, МПК С23С 26/00, С23С 14/06, 10.03.2011).

Недостатком известного аналога является низкая температура прогрева инструмента (220-260°С), при котором процесс ионного азотирования проявляет себя не в полной мере.

Известен способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, в котором наносят нижний адгезионный слой из нитрида титана и алюминия при их соотношении, мас. %: титан 70.0-79.0, алюминий 21.0-30.0. Затем наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана, алюминия и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 70,0-80,0, алюминий 14,0-20,0, ниобий 6,0-10,0. Далее наносят верхний функциональный слой из нитрида титана (RU №2681584, МПК С23С 14/06, С23С 14/22, С23С 30/00, В23В 27/14, 11.03.2019).

Недостатком такого способа является отсутствие диффузионного слоя, что влияет на физико-механические характеристики поверхности детали.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ нанесения многослойного износостойкого покрытия на рабочую поверхность металлического изделия. Способ включает размещение изделия в камере вакуумно-дуговой установки, очистку рабочей поверхности изделия бомбардировкой ионами и синтез адгезионного, переходного и функционального слоев посредством конденсации из плазменной фазы на рабочую поверхность металлического изделия. Очистку рабочей поверхности изделия осуществляют катодной бомбардировкой ионами металлов IV и/или V групп Периодической системы химических элементов, используемых в составе адгезионного слоя при давлении 1⋅10-1-1⋅10-3 Па и напряжении на изделии 0,7-1,5 кВ до прекращения появлений микродуг с последующей подачей на катод ускоряющего напряжения 20-30 кВ и формированием в изделии диффузионного слоя. Адгезионный слой содержит тугоплавкое соединение по меньшей мере одного металла IV и V групп Периодической системы химических элементов, который содержится в составе переходного слоя. Переходный слой содержит тугоплавкое соединение по меньшей мере одного металла IV и V групп Периодической системы химических элементов, который содержится в составе функционального слоя. Функциональный слой содержит соединения двух элементов из IV, и/или V, IV, и/или VI групп Периодической системы химических элементов, легированные алюминием. (RU №2708726, МПК С23С 14/16, С23С 14/22, С23С 30/00, 11.12.2019).

Недостатком способа, принятого за прототип, является небольшая глубина диффузионного слоя, вследствие использования напряжения 20-30 кВ.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - улучшение качества поверхности и увеличение ресурса работы детали.

Технический результат, на решение которого направлено заявляемое изобретение, - повышение физико-механических свойств детали путем получения диффузионного слоя и последующего нанесения адгезионного, переходного и функционального слоев.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе нанесения композиционного покрытия, включающем ионную очистку детали в среде инертного газа и формирование адгезионного, переходного и функционального слоев, согласно изобретению, обрабатываемую деталь из инструментальной стали с предварительно обезжиренной поверхностью помещают в вакуумную камеру, нагревают, создают в вакуумной камере давление 1⋅10-3-1⋅10-2 Па, проводят ионную очистку в среде инертного газа с подачей на упомянутую деталь напряжение 800 В, затем на поверхности детали формируют диффузионный слой в азотосодержащем газе при напряжении 500-700 В и в среде инертного газа осаждают адгезионный слой из титана, переходной слой из TiAl и функционального слой системы Ti-Al, состоящий из комбинации трех слоев TiAlC, TiAlO и TiAlN.

Кроме того, на поверхности могут формировать функциональный слой, состоящий из последовательно нанесенных слоев TiAlC, TiAlO, TiAlN.

Кроме того, на поверхности могут формировать функциональный слой, состоящий из последовательно нанесенных слоев TiAlC, TiAlN, TiAlO.

Кроме того, на поверхности могут формировать функциональный слой, состоящий из последовательно нанесенных слоев TiAlO, TiAlC, TiAlN.

Кроме того, на поверхности могут формировать функциональный слой, состоящий из последовательно нанесенных слоев TiAlO, TiAlN, TiAlC.

Кроме того, на поверхности могут формировать функциональный слой, состоящий из последовательно нанесенных слоев TiAlN, TiAlO, TiAlC.

Кроме того, на поверхности могут формировать функциональный слой, состоящий из последовательно нанесенных слоев TiAlN, TiAlC, TiAlO.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 показана схема композиционного покрытия, состоящего из слоев: функционального 1, переходного 2, адгезионного 3, диффузионного 4, а также показана деталь 5.

Примеры конкретной реализации способа

Пример 1. В вакуумной камере устанавливают предварительно обезжиренную обрабатываемую деталь, например, матрицу из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 1⋅10-3-1⋅10-2 Па. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом детали нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом формируется диффузионный слой в среде азотосодержащего газа, например, в смеси газов Ar/N2. Далее, в среде инертного газа при том же давлении формируются адгезионный слой Ti, переходной слой TiAl и функциональный слой из последовательно нанесенных слоев TiAlC, TiAlO, TiAlN.

Пример 2. В вакуумной камере устанавливают предварительно обезжиренную обрабатываемую деталь, например, матрицу из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 1⋅10-3-1⋅10-2 Па. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом детали нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом формируется диффузионный слой в среде азотосодержащего газа, например, в смеси газов Ar/N2. Далее, в среде инертного газа при том же давлении формируются адгезионный слой Ti, переходной слой TiAl и функциональный слой из последовательно нанесенных слоев TiAlC, TiAlN, TiAlO.

Пример 3. В вакуумной камере устанавливают предварительно обезжиренную обрабатываемую деталь, например, матрицу из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 1⋅10-3-1⋅10-2 Па. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом детали нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом формируется диффузионный слой в среде азотосодержащего газа, например, в смеси газов Ar/N2. Далее, в среде инертного газа при том же давлении формируются адгезионный слой Ti, переходной слой TiAl и функциональный слой из последовательно нанесенных слоев TiAlO, TiAlC, TiAlN.

Пример 4. В вакуумной камере устанавливают предварительно обезжиренную обрабатываемую деталь, например, матрицу из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 1⋅10-3-1⋅10-2 Па. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом детали нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом формируется диффузионный слой в среде азотосодержащего газа, например, в смеси газов Ar/N2. Далее, в среде инертного газа при том же давлении формируются адгезионный слой Ti, переходной слой TiAl и функциональный слой из последовательно нанесенных слоев TiAlO, TiAlN, TiAlC.

Пример 5. В вакуумной камере устанавливают предварительно обезжиренную обрабатываемую деталь, например, матрицу из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 1⋅10-3-1⋅10-2 Па. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом детали нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом формируется диффузионный слой в среде азотосодержащего газа, например, в смеси газов Ar/N2. Далее, в среде инертного газа при том же давлении формируются адгезионный слой Ti, переходной слой TiAl и функциональный слой из последовательно нанесенных слоев TiAlN, TiAlO, TiAlC.

Пример 6. В вакуумной камере устанавливают предварительно обезжиренную обрабатываемую деталь, например, матрицу из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 1⋅10-3-1⋅10-2 Па. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом детали нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом формируется диффузионный слой в среде азотосодержащего газа, например, в смеси газов Ar/N2. Далее, в среде инертного газа при том же давлении формируются адгезионный слой Ti, переходной слой TiAl и функциональный слой из последовательно нанесенных слоев TiAlN, TiAlC, TiAlO.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить физико-механические свойства детали путем формирования диффузионного слоя и последующего нанесения адгезионного, переходного и функционального слоев.

1. Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали, включающий ионную очистку детали в среде инертного газа и формирование адгезионного, переходного и функционального слоев, отличающийся тем, что обрабатываемую деталь из инструментальной стали с предварительно обезжиренной поверхностью помещают в вакуумную камеру, нагревают, создают в вакуумной камере давление 1⋅10-3-1⋅10-2 Па, проводят ионную очистку в среде инертного газа с подачей на упомянутую деталь напряжения 800 В, затем на поверхности детали формируют диффузионный слой в азотосодержащем газе при напряжении 500-700 В и в среде инертного газа осаждают адгезионный слой из титана, переходный слой из TiAl и функциональный слой системы Ti-Al, состоящий из комбинации трех слоев TiAlC, TiAlO и TiAlN.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональный слой состоит из последовательно нанесенных слоев TiAlC, TiAlO и TiAlN.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональный слой состоит из последовательно нанесенных слоев TiAlC, TiAlN и TiAlO.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональный слой состоит из последовательно нанесенных слоев TiAlO, TiAlC и TiAlN.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональный слой состоит из последовательно нанесенных слоев TiAlO, TiAlN и TiAlC.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональный слой состоит из последовательно нанесенных слоев TiAlN, TiAlO и TiAlC.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональный слой состоит из последовательно нанесенных слоев TiAlN, TiAlC и TiAlO.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда. Способ включает катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов.

Изобретение относится к способам импульсно-лазерной модификации и ионно-плазменного упрочнения поверхности и может быть использовано, например, в энергетическом машиностроении для защиты рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин от износа, вызванного каплеударной эрозией. Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия включает ионную очистку поверхности изделий и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия, причем до ионной очистки изделия текстурируют рельеф поверхности изделия импульсно-лазерной модификацией поверхности с использованием инфракрасного иттербиевого волоконного лазера с длиной волны 1064 нм и средней мощностью лазерного излучения не более 22,4 Вт с заданными глубиной впадин и высотой выступов 10÷30 мкм, шириной выступов и шириной впадин 40÷60 мкм, формируют бороздки с продольным направлением и параллельным отношением бороздок друг к другу, а глубину ионно-плазменного азотирования-упрочнения поверхности выбирают равной 30÷100 мкм.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Способ поверхностного легирования деталей из стали 40Х включает нанесение на поверхность деталей состава, содержащего легирующие элементы, предварительное поверхностное легирование и термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами путем нагрева при температуре 650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов и с последующим охлаждением.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и азотированию поверхностей стальных деталей. Способ упрочнения поверхностей термообработанных стальных деталей включает электроэрозионное легирование графитовым электродом по крайней мере в два этапа со снижением энергии разряда на каждом последующем этапе и ионное азотирование в течение времени, достаточного для насыщения металла азотом на глубину зоны термического влияния.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию защитных и упрочняющих покрытий методами химико-термической обработки изделий из конструкционных и специальных сталей, и может быть использовано в промышленном производстве при серийном изготовлении изделий на предприятиях автомобильной, авиационной, кораблестроительной и станкостроительной отраслей, при производстве сельскохозяйственных инструментов и агрегатов, а также для проведения комплексных лабораторных исследований.

Изобретение относится к обработке металлов поверхностной пластической деформацией и вакуумному ионно-плазменному азотированию и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из сталей. Способ низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда включает катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов.

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 химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента. Устройство для азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда содержит вакуумную камеру, источник питания, обрабатываемую деталь в виде катод-детали, экран в виде сетки, установленный на расстоянии от катод-детали и устройство для подачи газа.

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении. Способ локального азотирования стального изделия в тлеющем разряде в магнитном поле включает проведение вакуумного нагрева участка стального изделия, подверженного интенсивному износу в плазме азота повышенной плотности, при этом упомянутый участок стального изделия помещают в центр кольцевой магнитной системы, установленной на катоде, в которой формируют плазму азота повышенной плотности, и осуществляют вакуумный нагрев с формированием на нем нитридного слоя, состоящего из нитрида железа Fe4N и нитрида хрома Cr4N.
Изобретение относится к ионной химико-термической обработке и может быть использовано в машиностроении, двигателестроении, металлургии и изготовлении инструментов. Способ ионного упрочнения стального изделия включает диффузионное внедрение ионов Н+ по всему объему изделия при его нагреве до температуры 300°C.

Изобретение относится к технологии получения подложки из поликристаллического карбида кремния. Способ состоит из этапов предоставления покрывающих слоев 1b, каждый из которых содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид металла, выбранного из группы, состоящей из никеля, кобальта, молибдена и вольфрама, или покрывающих слоев, каждый из которых изготовлен из фосфоросиликатного стекла (PSG) или борофосфоросиликатного стекла (BPSG), имеющего свойства текучести допированного P2O5 или B2O3 и P2O5, на обеих поверхностях основной подложки 1a, изготовленной из углерода, кремния или карбида кремния для подготовки поддерживающей подложки 1, имеющей покрывающие слои, каждый из которых имеет гладкую поверхность; формирования пленок 10 поликристаллического карбида кремния на обеих поверхностях поддерживающей подложки 1 осаждением из газовой фазы или выращиванием из жидкой фазы; и химического удаления, по меньшей мере, покрывающих слоев 1b в поддерживающей подложке для отделения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b от поддерживающей подложки 1 в состоянии отображения гладкости поверхностей покрывающих слоев 1b на поверхности пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b, и получения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b в качестве подложек из поликристаллического карбида кремния.
Наверх