Способ нанесения покрытий на поверхность стальных изделий Советский патент 1993 года по МПК C23C20/02 C23C20/08 

Изобретение относится к,:м ёталлур7 и, в частности к способам нанесения покрытий на металлическую поверхность, и может быть использовано в машиностроении, авиастроении и других областях, где необходимы защитные покрытия для деталей и инструмента, работающих в условиях высоких температур и агрессивных средах.

Известны следующие способы нанесения покрытий: контактно-химическое восстановление (метод внутреннего электролиза), электрохимическое, электро- форетическое осаждение, метод электровакуумного напыления и метод осаждения из газовой фазы.

: Недостатками этих способов является сложность технологической схемы, нёобхо- димость нейтрализации отработанных растворов, сложное аппаратурное оформление. Наиболее близким техническим решение к предлагаемому является способ нанесения на подложку из металлического

сплава покрытия, включающих суспензию из синтетических смол и порошков никеля, хрома, ббрй, кремния и карбида титана, пу тем погружения детали в суспензию материала покрытия и последующей сушкой.

Однако способ является трудоемким и требует высокой температуры термЬобра- ботки {975-104рчС). Такие покрытия меха- ничёски отноЬйтельйо непрочны, имеют плохую адгёзию к стальной подложке.

Целью изобретения является повышение адгезии покрытия к основе.

Пбставленная цель достигается тем, что

с целью повышения качества покрытия за

счет равномерности и адгезми покрытия к

основе в качестве подслоя используют золь

,./ :..:... .- : ..(.. . .-; .

Нанесение. подслоя осуществляют путем погружения детали в раствор никеля, коллоидной степени дисперсности, в спирте, деталь сушат при 100-115°С, а тугоплавкое покрытие формируют при погружении

V4 Ю

О О

СА)

этой детали в органосуспензию материала покрытия с последующей термообработкой при 500-520°С. Концентрация золя никеля в спиртовом растворе составляет 1,5-5 мас.%. Золь никеля имеет размеры частиц 50-70 А, в качестве растворителя использовали изопропиловый спирт.

С целью повышения износостойкости металлообрабатывающего инструмента на акти- вированнуюповерхность его коллоидно-химическим способом наносят органосуспензию тугоплавкого металла или его соединения. Для получения устойчивой орга- носуспензии тугоплавкого металла в последнюю добавляют полидиметилфенилсилоксан (ПДМФС), Полученная суспензия представляет собой устойчивую коллоидную систему, в которой стабилизатором является полиди- метилфенилсилбксан. Покрытия образуются кратковременным погружением детали в органосуспензию с дальнейшей сушкой при 5.00-520°С. Адгезионным компонентом ор- ганосуслензии является коллоидная фаза, которая формируется в рассматриваемой системе на основе тугоплавких металлов и их соединений. Коллоидная фаза органосуспензий локализована на поверхности частиц дисперсной фазы в тонких слоях представляющих собой пленочные гели. При сушке покрытий из. органосуспензий слои пленочного геля перекрываются и сжимаются и образуют межчастичные фазовые контакты, определяющие прочность дисперсной структуры.

Пример. (Нанесение покрытия TIC на стальную поверхность). Деталь после обезжиривания в ацетоне, подвергают травлению в конц.НС в течение 10 мин. Далее для создания на детали активных центров наносят золь никеля в изопррпиловом спирте. Золь никеля имеет размер частиц 50-70А . Наиболее эффективно проводить активиро- вание в растворах золей никеля. Оптимальными являются спиртовые.коллоидные растворы никеля, хотя можно приготовить золь никеля в любом органическом летучем растворителе. .Выбор остановили на изо- пропаноле, так как он является спиртом и летуч.

В приготовленный золь погружают деталь до полного покрытия ее частицами никеля (выдерживают при нагревании 100-115°С до полного испарения растворителя). Время активирования 5-10 мин. Золи никеля получают с помощью искрового генератора, электроконденсационным метр- дом. Диспергирование порошка никеля проводят в электролитической ванне с использованием платиновых электродов при подведении высокого напряжения ( 1 кВ) с частотой порядка 1 мГц. Для получения золя никеля в изопропаноле необходимое

время электроконденсации 5-15 мин.

Для приготовления органосуспензий карбида титана использовали 50 мас.% порошка TIC в изопропаноле с добавлением 10 мас.% полидиметилфенилсилоксана. Модифицированный образец погружали в органосуспензию карбида титана с дальнейшим отжатием излишков последней и сушкой при 500°С в течение 2 ч, После отжига получены покрытия, которые отличаются высокой равномерностью и меньшей пористостью при одинаковой толщине.

Наиболее прочные покрытия получаются при отжиге в температурном интервале 500-520°С. Превышение этой температуры

выше 520°С приводит к перегреву и отпуску стали, ниже 5QO°C приводит к недостаточному увеличению твердости (табл. 1). . Для получения устойчивой коллоидной системы необходимо использовать органосуспензию карбида титана в изопропаноле с ПДМФС в соотношении 5:10:1. Применение концентрации ПДМФС меньше2 мас.% не позволяет получать устойчивые органосуспензий карбида титана, Изменение этого соотношения приводит к получению неустойчивых органосуспензий, которые не дают качественных равномерных покрытий. Для получения модифицированной поверхности концентрации золя никеля в изопропаноле должна быть 1,5-5 мас.%. Концентрация последнего меньше 1,5 мае. % не приводит к модифицированию поверхности, к созданию на ней активных центров. Отсюда покрытие будет обладать

плохой адгезией к поверхности подложки.

Максимальный эффект активации поверхности достигается при 100-115°С. Повышение этой температуры выше 115°С приводит к уменьшению числа активных

центров и уменьшению адгезии, ниже 100°С - адгезия не наблюдается

Проведенный согласно прототипу эксперимент показал (табл.2), что прочность

покрытия при предварительном нанесении подслоя никеля на подложку значительно возрастает по сравнению с покрытием без подслоя

Необходимо отметить, что в преддоженном способе в отличие от известного значительно ниже температуры термообработки слоя получаемого покрытия из тугоплавкого материала.

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытий на поверхность стальных изделий, включающий погру- жение в органическую суспензию, содержащую соединение карбида титана и термообработку покрытия, отличающий- с я тем, что, с целью повышения адгезии, изделие предварительно погружают в суспензию золя никеля в спирте и сушат при 100-115°С, а после погружения, в органическую суспензию ведут термообработку при 500-520°С.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что концентрация золя никеля в спиртовом растворе составляет 1,5-5 мас.%,

3. Способ по п. 1,отличающийся тем. что золь никеля имеет размер частиц

50-70 А.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве растворителя используют изопропиловый спирт.

Использование: металлургия, в частности нанесение покрытий на металлическую поверхность, может использоваться в машиностроении, авиастроении и других областях, где необходимы защитные покрытия для деталей и инструмента, работающих в условиях высоких температур и агрессивных средах. Сущность изобретения: первоначально проводят активирование поверхности путём нанесения золя NI в изо- пропаноле с размером частиц 50-70 А, модифицированную деталь погружают в, органосуспензию на основе тугоплавкого металла или его соединений. Последующий отжиг позволяет получить покрытия с повышенной адгезиёй к основе. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

Покрытие

Прочность при отрыве, кг/см2

TiC (без подслоя)

TiC:

(с использованием подслоя золя)

Таблица

Таблица2

Температура термообработ- ки слоя, °С

200

608

954- 1040 500-520