СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2003 года по МПК C23C14/22 C23C14/02 C23C14/16 

Изобретение относится к технике нанесения защитных покрытий и может быть использовано в металлургии, машиностроении и других областях техники для создания защитных металлических покрытий на поверхностях металлических изделий.

Известен способ нанесения покрытий конденсацией с ионной бомбардировкой (способ КИБ), описанный в книге Поляка М.С. "Технология упрочнения". М.: Машиностроение, Л.В.М. - СКРИПТ, 1995, том 1, с.338-352.

Данный способ заключается в воздействии ионизированного потока плазмы на поверхность обрабатываемого изделия, которое является анодом, а расходуемый катод выполнен из наносимого материала, ионы которого осаждаются на поверхности изделия.

Недостатками этого способа являются его высокая стоимость, связанная с необходимостью использования для расходуемого катода очень дорогих чистых металлов, и невысокое качество получаемого покрытия, так как присутствие значительной доли капельной фазы, особенно при испарении металлов с низкими и средними температурами плавления, приводит к тому, что капли становятся источниками локальных напряжений в покрытиях и наиболее вероятными местами, с которых начинается их разрушение.

Известен способ электронно-лучевого плазменного нанесения покрытий, описанный в книге Поляка М.С. "Технология упрочнения". М.: Машиностроение, Л.В. М. - СКРИПТ, 1995, том 1, с.332-337 и выбранный в качестве прототипа.

Данный способ заключается в воздействии ионизированного потока плазмы на поверхность обрабатываемого изделия, которое является катодом, при этом расходуемый анод выполнен из наносимого материала, ионы которого осаждаются на поверхности изделия.

Данный способ позволяет полностью избавиться от капельной фазы за счет диффузионного пятна, покрывающего всю поверхность анода, что улучшает качество покрытия.

Однако так как покрытие имеет столбчатую структуру и повторяет микрорельеф поверхности изделия, качественное покрытие можно получить только на изделиях с высоким классом обработки поверхности, что значительно сужает область применения данного способа, а также делает процесс предварительной подготовки изделия более сложным и дорогим.

Задачей настоящего изобретения является создание недорогого способа получения качественного металлического покрытия на поверхностях с любым классом обработки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе электронно-плазменного нанесения металлических покрытий, заключающемся в воздействии ионизированного потока плазмы на поверхность обрабатываемого изделия, которое является катодом, согласно изобретению поверхность изделия предварительно покрывают смесью мелкодисперсного порошка окиси цинка, и/или окиси хрома, и/или окиси никеля с органическим связующим, причем в качестве анода используют графит.

Смесь может дополнительно содержать 1-2 весовые части порошка кварцита.

Нанесение на поверхность изделия смеси окиси одного или нескольких названных выше металлов со связующим позволяет выравнивать микрорельеф поверхности, что позволяет избежать образования столбчатой структуры металлического покрытия, получаемого после обработки поверхности изделия ионизированным потоком (плазмой).

Применение окислов цинка, хрома и никеля, которые имеют свойство восстанавливаться на катоде до чистого металла, позволяет получить на поверхности изделия покрытия из цинка, хрома и никеля, не используя при этом расходных электродов из этих дорогих чистых металлов.

Использование графитового анода делает предлагаемый способ еще более дешевым.

Введение в состав смеси порошкообразного кварцита позволяет увеличить защитные свойства верхнего слоя покрытия, на котором кварцит будет сконцентрирован после обработки изделия ионизированным потоком.

При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической информации не было обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, на котором представлено устройство для реализации данного способа, которое не является предметом изобретения, так как известно из уровня техники.

Способ электронно-плазменного нанесения металлических покрытий заключается в том, что на поверхность обрабатываемого изделия наносят смесь из мелкодисперсного порошка окиси цинка, и/или окиси хрома, и/или окиси никеля и органического связующего. Смесь составляют из расчета 80-90 весовых частей порошка окиси металла и 20-10 весовых частей связующего. Затем на подготовленную таким образом поверхность изделия воздействуют ионизированным потоком (плазмой), причем катодом является изделие, а анодом - графит. Дополнительно в состав смеси может входить 1-2 весовые части порошкообразного кварцита.

Устройство для нанесения металлических покрытий состоит из узла 1 нанесения смеси на поверхность изделия 2, вакуумной камеры 3 и системы 4 вакуумирования. В вакуумной камере 3 расположены графитовые электроды 5 и токоподвод 6. Между узлом 1 и камерой 3 расположено эластичное уплотнение 7.

Способ осуществляется следующим образом.

Для получения цинкового покрытия на поверхности изделия 2, например на стальной проволоке, емкость узла 1 заполняют смесью, состоящей из 90 весовых частей окиси цинка и 10 весовых частей связующего, например олифы, при этом размер частиц окиси металла, в данном случае окиси цинка, не должен быть более 20 мкм, так как частицы более крупного размера не смогут заполнить небольшие неровности рельефа поверхности, что в дальнейшем скажется на качестве покрытия. Кроме того, между крупными частицами имеются пустоты, что еще более ухудшит качество покрытия.

Подготовленное к работе, то есть очищенное от окалины, ржавчины и других загрязнений, изделие 2 пропускают через узел 1, где на поверхность изделия 2 наносится смесь толщиной 100 мкм. Регулировку толщины наносимого слоя осуществляют на выходе узла 1 с помощью эластичного уплотнения 7, пройдя через которое изделие 2 попадает в вакуумную камеру 3, где графитовые электроды 5 подключены к положительному полюсу источника питания (на чертеже не показан), а изделие 2 через токоподвод 6 подключается к отрицательному полюсу источника питания. Система 4 вакуумирования включается, и после достижения в камере 3 давления остаточных газов ниже 10 мм рт.ст. возбуждается дуговой разряд в режиме возрастающего участка вольтамперной характеристики. На поверхности катода (изделие 2) формируется множество катодных пятен с высокой плотностью энергии, благодаря чему происходит мгновенный разогрев поверхности изделия 2, и олифа, входящая в состав смеси, выгорает. Поток плазмы дугового разряда состоит из электронов, ионов и возбужденных атомов углерода, которые при бомбардировке поверхности изделия 2 катода восстанавливают цинк из его окиси, и на поверхности изделия 2 образуется качественное покрытие из чистого цинка.

Для получения второго и последующих слоев покрытия, а также для получения комбинированного покрытия, все операции способа повторяют, а в состав смеси включают или окись металла желаемого покрытия, или композицию из окислов различных металлов.

Для увеличения защитных свойств последнего (верхнего) слоя покрытия в состав смеси вводят 2 весовые части порошкообразного кварцита (песка), при этом олифа будет составлять 8 весовых частей, а окись металла - 90. При обработке поверхности изделия 2 ионизированным потоком олифа выгорает, а частицы кварцита вслед за ней как бы всплывают и остаются затем на поверхности восстановленного металла, образуя дополнительный защитный слой на поверхности изделия 2.

Использование предлагаемого способа позволяет получить качественные однослойные, многослойные и комбинированные металлические покрытия, используя для этого дешевое сырье и минимум оборудования, что делает этот способ весьма перспективным.

Изобретение относится к технике нанесения покрытий и может быть использовано в металлургии, машиностроении и других областях техники для создания защитных покрытий из цинка, никеля, хрома или их комбинаций. На поверхность изделия наносят смесь из мелкодисперсного порошка окиси цинка, и/или окиси хрома, и/или окиси никеля и органического связующего. Затем на подготовленную таким образом поверхность воздействуют плазмой. Катодом является изделие, а анодом - графит. В состав смеси может входить 1-2 вес.ч. порошкообразного кварцита. Изобретение позволяет получить качественное покрытие на поверхности с любым классом обработки. Используется дешевое сырье и минимум оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ электронно-плазменного нанесения металлических покрытий, включающий воздействие ионизированного потока плазмы на поверхность обрабатываемого изделия, которое является катодом, отличающийся тем, что поверхность изделия предварительно покрывают смесью мелкодисперсного порошка окиси цинка, и/или окиси хрома, и/или окиси никеля с органическим связующим, а в качестве анода используют графит.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит 1-2 вес.ч. порошка кварцита.