Способ получения металлических покрытий Советский патент 1983 года по МПК C23C9/10 

Изобретение относится к химикетермической обработке сталей, в ча ности ДГ1Я получения многослойных титано-нйкелевых, титано-хромовых, молибдено-хромовых и любых других комбинаций элементов для защитных слоев на сталях, а так на тугоплавких металлах и сплавах. Известны способы получения покрытий на стальных деталях путем погружения их в расплавы легко njjHBKHx металлов с добавкой в них порошка легирующих элементов 1. Недостатком этих способов являе ся малая производительность насьпце НИН за счет небольшой скорости ро та диффузионного слоя, высокая тем пература, процесса () ,, при которой ухудшается структура стали за счет роста зерен, и трудность получения защитного покрытия из чистого металла,, так как на гран це раздела протекает встречный диффузионный процесс. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ химико-термической обработки, которы заключается в получении платинового покрытия,наносимого из транспортного расплава пития с добавкой в качестве геттера порошка циркония.При этом изд лие, геттер и порошок платины помещают в разные температурные зоны по высоте ванны, а именно : изделие в среднюю часть ванны в зону с температурой 9004;10°С, цирконий вво дят в верхнюю ее часть с температурой 800±10°С, а платину, которая довольно легко оседает в расплаве лития - в нижнюю часть ванны с те пературой . Ванна выполнена в форме трубы. При выдержке 5-6 ч глубина платинового покрытия .составляет 20 мкм (О ,,02мм) 2} . Однако этот способ имеет ряд существенных недостатков: хаотическое перемещение слоев транспортного ра,сплава из одной температурой зоны в другую, так как и восходящий и нисходящий потоки сосредоточены в одной трубе, ;.т.е. отсутствие направленного потока, а также малую разность температур в температурных зонах, все это замедляет скорость процесса осс1ждения слоя, что приводит к низкой производительности; высокую температуру формирования слоя () и поэтому невозможность получения покрытия без изменения структуры стали изделия;бо шой расход диффундирующего легирукн го л .еталла за счет осаждения зна- чи ельной части его в наиболее холодной зоне (на стенках труб и ш геттере). Цель изобретения - ускорение процесса насыщения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения металлических покрытий, преимущественно многослойных, в транспортном расплаве с насьлцающим порошком имеющем по высоте различные температурные зоны с помещением изделия в одной из них, в качестве транспортного расплава .используют Pt или эвтектику Pfe -в,- , порошок подают в зону с температурой ЭОО-ИОО С, а изделие помещают в зону с температурой ЗОО-ТОО С. В качестве транспортной среды выбраны расплавы свинца или эвтектики ;поскольку эти расплавы являются средой, в которой скорость формирования покрытия в 4-8 раз превышает скорость формирования покрытия из других расплавов. Это вызвано большей растворимостью большинства элементов в жидком свинце. Процесс осаждения защитного слоя металла ведут в тепломассообменном контуре, выполненном в форме в трубе ., с размещением покрываемой детали, места подачи и растворения порошка, из которого формируется защитный слой, в различных температурных зонах. На чертеже дано схематическое изображение, тепломассообменного контура в процессе работы. Перед пуском расплав 1 свинца или эвтектики РЬ-В находится в нижней части трубы 2,.которая служит вспомогательной емкостью. Раз,огрев и поддержание температуры во вспомогательной емкости в пределах 900-ИОО°С осуществляется нагревателем 3. Процесс непрерывного осаждения защитного слоя осуществляется следующим образом. После стабилизации температурного режима, когда в нижней зоне контура создается температура 900-1100°С и в верхней - 500-700°С, в пространство наружного контура (между трубами 4 и 5) подают под давлением аргон, который вытесняет транспортный расплав (РЪили эвтектику ) из вспомогательной емкости 2 во внутренний контур (между трубами 5 и 6).Подаваемый под давлением аргон является также и охлаждающей средой, благодаря чему он способствует б.олее быстрой стабилизации режима.ускорения транспортного расплава вследствие образования большего градиента температур между верхней и нижней температурными зонами контура и позволяет поддерживать в верхней части контура температуру 500-700°С.

Благодаря создаваемому градиенту температур между нижней и верхней зоной контурй, создается направленный поток транспортного расплава (РЬ Pb-Bj), при котором по трубе

6перемещается восходящий поток, а между трубами 5 и 6 транспортный расплав опускается вниз к горячей зоне.

После стабилизации потока транспортного расплава через трубку

7начинают равномерную подачу металлического порошка 8, необходимого для покрытия, к максимально нагрето зоне вспомогательной емкости 2, что невозможно было осуществить без предварительного вытеснения транспортного расплава РЬ или эвтектики РЬ-В( из вспомогательной емкости

в тёпломассообменный контур. Металлический порошок, растворяясь в траспортном расплаве, диффундирует к входу 9 во внутренний контур и в растворенном состоянии уносится восходящим потоком, по центральной трубе Ь. Покрываемую деталь 10 опускают в верхнюю зону внутреннего контура, в которой поддерживают охлажденным аргоном температуру 500-700С, Выделяющийся избыток растворенного в транспортном расплаве металла осаждается на покрываемой детали. Периодически меняя подаваемые металлические порсяики(например, пооле никелевого порошка .подают титановый)-, можно получить многослойное защитное покрытие. Деталь фактически располагается в зоне с постоянной температурой что способствует равномерному оса1Ждению защитного покрытия по ее поверхности. После осаждения защитного многослойного покрытия необходимой толщины деталь 10 с по:мощью штока 11 поднимают в камеру, соединенную, с форкамерой, снимают и на ее место устанавливают следующую деталь.

Согласно предлагаемому способу трубы покрывают нитридом титана, что значительно облегчает снятие с них насыщающего металла, и не используют геттер,, который также покрывается насьадающим металлом. Если диффундирующий элемент и основной металл образуют соеди- , нения и твердые растворы,.то, применяя в качестве промежуточной транспортной среды жидкие металлы, которые растворяют диффузионные добав1-и и не проникают в объем изделия, можно получить весьма широкий круг диффузионных металлических покрытийi

Таким образом, комбинируя металлические порошки, предлагаемым способом можно получить практически целый.ряд многослойных металлических защитных покрытий на сталях и тугоплавких металлах и сплавах, отвечающих различным требованиям.

Пример 1. Защитное никельтитановое покрытие получают на образце из Ст. 45. Перед нанесением покрытия поверхность образца подвергают химико-термическому обезжириванию. Затем образец устанавлит-. вают в верхней части тепломассооб10 менного контура с расплавом свинца, куда добавляют порошок никеля. При температуре в нижней части контура и в верхней - 500°С в течение 1,5ч проводят осаждение никеля на поверхности образца.

5 После этого аналогично добавляют порошок титана и в течение 1 ч проводят осаждение титана на слое, никеля.

В результате металлографического

0 исследования установлено наличие покрытия толщиной 0,7 мм, которое содержит слой никеля толщиной- 0,4 им и слой титана то.лщиной 0,3 мм.

Пример 2. Никель-молибдено5вое покрытие получают на образце из Ст. 45. При тех же условиях (Г„ 1 -i 1000°С и TUPP ) в течение 1,5 ч проводят осаждение никеля, добавляя его порошок. Затем в тече0ние 2 ч осаждают молибден на слое никеля.

Металлографическим исследованием установлено наличие никель-молибденового покрытия толщиной 0,5 мм,

5 состоящегоиз никелевого покрытия толщиной 0,4 мм, и молибденового толщиной 0,1 мм.

П р. и м е р 3. Хромо-никелевоепокрытие получают на образце из

0 молибдена. При тех же условиях (Тниж и Т(,ерх 700о проводят осаждение хрома в течение 2ч. Затем осаждают в течение 1,5 ч слой никеля.на слое молибдена.

5

Металлографическим исследова- нием установлено наличие хромоникелевого покрытия толщиной 0,7 мм, состоящего из хромового покрытия толщиной 0,3 Nnvt и ни0келевого - толщиной 0,4 мм.

Таким образом, полученные результаты дают возможность сделать вывод, что предлагаемый способ в 10-15 раз, а в некоторых

5 случаях и в 20 раз, увеличивает скорость осаждения покрытия на стальных образцах и на образцах из тугоплавких металлов и сплавов.

По сравнению с известным спо0собом, в котором наблюдается хаотическое перемещение транспортного потока расплава за счет сосредоточения в одной трубе восходящего и нисходящего потоков, в предлагаемом способе создан направлен5

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕ-: . СКИХ ПОКРЫТИЙ, преимущественно многослойных, в транспортном расплаве с насьшающим порошком, имекпцем по высоте различные температурные зоны с помещением изделия в одной яз них, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса насыщения, в качестве транспортного . расплава используют свинец или эвтектику свинец-висмут, порошок полают в зону с температурой 900-ПООС, а изделие помещают в зону с температурой 500-700с. г Cb 00 (UP ч1