СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ Российский патент 1994 года по МПК B22F7/04 C23C18/00 

Изобретение относится к созданию покрытий с заданными свойствами на различных материалах.

Известен способ формирования тонкой пленки на поверхности путем нанесения раствора металлоорганического соединения, имеющего в молекулярной структуре функциональные группы типа алкоголятов или амидов металлов. После высушивания раствора на поверхности деталь нагревают в атмосфере, содержащей водород или углеводород (Заявка Японии N 2145772, кл. C 23 C 20/08, 1990).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ нанесения керамического покрытия на металл, согласно которому раствор алкоголята Si, Al, Ni, Zr или B вязкостью 0,1-1,5 сП наносят на поверхность металлической подложки, затем подложку сушат при нагреве на воздухе и обжигают при температуре >500^оС в инертной среде. В результате получают покрытие, обладающее механической прочностью и химической стойкостью (Заявка Японии N 59-232273, кл. C 23 D 5/10, 1984).

Целью предлагаемого изобретения является нанесение покрытий с заданными свойствами на различные материалы, в частности, износостойких покрытий - на стали и твердые сплавы, жаростойких - на углеродистые и другие материалы, пленок заданного состава - на различные марки стекла, кремний и т.д.

Поставленная цель достигается тем, что используют раствор алкоксида металла с концентрацией металла 0,1-1,5 М/л, а обжиг проводят при температурах 300 - 850^оС. В качестве алкоксида металла используют растворы алкоксидов переходных металлов IV группы или их смеси, содержащие 0,1-1,5М металла на 1 л раствора. Растворы с концентрациями <0,1 М/л не обеспечивают получение однородных пленок и неудобны в работе. Растворы с высокими концентрациями (>1,5 М/л) отличаются недостаточной стабильностью. Кроме того, их получение может быть затруднительным.

Интервал обжига определяется тем, что при температурах ниже 300^оС не удается осуществить достаточно полное разложение наносимой органической композиции, а повышение температуры выше 850^оС нецелесообразно ввиду того, что при этих температурах возможно разрушение или ухудшение свойств подложки и соответственно снижение эффективности наносимого покрытия.

В качестве алкоксида металла могут быть использованы смеси растворов алкоксидов металлов IV группы и редкоземельных элементов. Нанесение покрытий из таких смесей позволяет улучшить качество покрытий, в частности, их прочностные свойства.

Редкоземельные элементы могут быть введены и в форме ацетатов. Содержание редкоземельного элемента в пересчете на оксиды в смеси составляет 3-10 мас. %, что определяется максимальным стабилизирующим действием оксидов редкоземельных элементов в этом интервале при образовании оксидных покрытий на основе оксидов Zr, Hf, Ti.

В качестве органических растворителей используют соединения, обладающие донорными свойствами, например, моно- и многоатомные спирты (метанол, этанол, изопропанол, бутанол, глицерин и др.), кетоны (ацетон, метилэтилкетон и др.), нитрилы (ацетонитрил, бензонитрил), сульфоксиды (диметилсульфоксид, дибутилсульфоксид), органические фосфаты (трибутилфосфат, гексаметилфосфортриамид и др.).

Кроме того, могут быть использованы смеси вышеуказанных растворителей, а также смеси алифатического спирта и карбоновой кислоты, в частности уксусной.

При нанесении покрытий с целью повышения износостойкости изделий, например режущего инструмента из твердых сплавов (ВК-8, ВК-6 и т.п.), предварительно поверхность изделий науглероживают. Углерод может быть нанесен различными способами. Поверхность изделия может натираться графитом, либо изделия окунают в суспензию графита в органической жидкости, в качестве которой могут быть использованы органические растворители, масла и т.п. Существо способа иллюстрируется примерами.

П р и м е р 1. Изделие из стеклоуглерода смачивали смесью растворов изопропоксида циркония в изопропаноле и ацетата иттрия в безводном ацетонитриле (концентрации: Zr-0.3 М/л, Y-0.02 М/л), высушивали на воздухе в течение 1,5 часа и подвергали термообработке в атмосфере аргона при 780^оС.

Полученное покрытие позволило повысить жаростойкость изделия до 1800^оС.

П р и м е р 2. Твердосплавные пластины ВК-8 натирают графитом, окунают в раствор изопропоксида циркония, содержащий 0,8 М Zr/л и уксусную кислоту при соотношении Zr/CH₃COO, равном 1, в изопропиловом спирте, сушат (при комнатной температуре) на воздухе и подвергают термообработке в потоке аргона при температуре 800^оС в течение 45 мин.

В результате такой обработки износостойкость пластин при обработке нержавеющей стали повысилось в 3 раза.

П р и м е р 3. Поверхность сверл из стали Р6М5 смачивали смесью р-ров бутоксида циркония и изопропоксида иттрия в этиловом спирте (концентрации: Zr - 0,2 М/л, Y - 0,01 М/л), высушивали на воздухе и провели термообработку при 450^оС. Износостойкость сверл повысилась в 2 раза.

Остальные примеры сведены в таблицу.

Сущность изобретения: поверхности обрабатывают раствором алкоксида металла в органическом растворителе, сушат и обжигают в инертной атмосфере. Используют раствор алкоксида с концентрацией металла 0,1 - 1,5 М/л, а обжиг проводят при температурах 300 - 850°С. 8 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ, включающий обработку поверхности раствором алкоксида металла в органическом растворителе, сушку и обжиг в инертной атмосфере, отличающийся тем, что используют раствор алкоксида с концентрацией металла 0,1-1,5 моль/л, а обжиг проводят при 300 - 850^oC. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкоксида металла используют смесь алкоксидов переходных металлов IV группы. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкоксида металла используют смесь алкоксидов переходных металлов и редкоземельных элементов, причем содержание редкоземельного элемента в пересчете на оксиды составляет 3 - 10 мас.%. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкоксида металла используют смесь алкоксида одного из переходных металлов IV группы и ацетата редкоземельного элемента. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют органические соединения, обладающие донорными свойствами. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют смесь алифатического спирта и карбоновой кислоты. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия поверхность изделия науглероживают. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что науглероживание поверхности изделия проводят путем натирания поверхности графитом. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что науглероживание изделия проводят путем окунания изделия в суспензию графита в органической жидкости с последующей термообработкой при 300 - 400^oС.