СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ Российский патент 2012 года по МПК C23C16/32 

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

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.

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.