Способ получения защитно-декоративных покрытий черного цвета Советский патент 1993 года по МПК C23C14/34 

Изобретение относится к технологии осаждения вакуумных электродуговых покрытий и может быть использовано при нанесении защитных, износостойких и декоративных покрытий, в частности, на товары народного потребления и детали машин.

Одним из требований ,к защитно-декоративным покрытиям является их высокая коррозионная стойкость в активных средах.

Известен способ получения защитно- декоративных покрытий, согласно которому в атмосфере газообразного азота испаряют титан и ионизируют его пары, в результате чего на поверхности обрабатываемого изделия образуется декоративная пленка.

Известен способ получения защитно- декоративных покрытий, согласно которому в атмосфере газообразной смеси азота, аргона, алифатического углеводорода нагревают и испаряют титан, ионизируют его пары и осаждают на изделия в виде смеси нитридов и карбидов титана.

Недостатком этих способов является низкая плотность плазмы и строгая направленность потока, падающего на поверхность изделия, в результате чего при нанесении покрытий на изделия сложно й формы покрытия будут неоднородными по .толщине.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ, согласно которому осаждение материала покрытия проводят в разряженной среде реактивных газов вакуумной дугой, инициируемой на катоде из титана, при этом в качестве реактивных газов - использовался азот, аммиак и кислород.

За счет большой рабоч ей площади источника паров титана и более высокого дзв- ления газа покрытия будут более однородными по толщине, чем в предыдущих способах, однако при нанесении покрытий .на изделия сложной формы такой однородности недостаточно.

При этом покрытие имеет микродефекты, возникающие в результате попадания

(Л

С

XI

Ю

ел

ю

00

Ј

ы

макрочастиц, генерируемых вакуумной дугой. При воздействии активной среды в этих местах возникает точечная коррозия.

Таким образом, недостатком указанного способа является низкое качество покрытия.

Целью настоящего изобретения является повышение качества покрытия путем повышения его коррозионной стойкости.

Указанная цель достигается тем, что, в известном способе получения защитно-декоративных покрытий черного цвета, включающем осаждение материала покрытия в разреженной среде реактивных газов вакуумной дугой, инициируемой на катоде из метала подгруппы титана, согласно изобретению, осаждение ведут при давлении газа 6-12 Па, в качестве реактивного газа используют углеводороды из ряда метана или аце- тилена,- а непосредственно после осаждения материала на изделие вакуумную камеру заполняют газом из ряда бутадиен, пентадиеи или их аналогов при- давлении 50-150 Па и .выдерживают в нем изделие в течение -5 мин.

Проведение осаждения при. давлении реактивного газа 6-12 Па обусловлено тем, что в этом интервале давления наблюдается интенсивное рассеяние потока плазмы взаимодействующего с реактивным газом, в ре- зультате чего происходят изменения направлений движения частиц. Это приводит к равномерному по толщине осаждению покрытия н.а деталях сложной формы.

При проведении осаждения при давлении меньше 6 Па еще наблюдаются неоднородности толщины покрытия, а выше 12 Па покрытие начинает разрыхляться.

При использовании в качестве реактивного газа углеводородов из ряда метана или ацетилена или их аналогов в плазме вакуумной дуги появляется углерод, который, взаимодействуя с материалом катода, образует прочное коррозионностойкое декоративное покрытие черного цвета/

После получения покрытия в последнем имеются микродефекты в местах попадания макрочастиц. Эти микродефекты могут пронизывать всю толщину пленки и в коррозионной среде способствовать развитию точечной коррозии.

Введение в вакуумную камеру непосредственно после осаждения покрытия газа из ряда бутадиен, пентадиен или их аналогов при давлении 50-150 Па и выдержке в нем изделия в течении 1-5 мин приводит к тому, что газ, взаимодействуя с поверхностью нагретой детали и проникая в микродефекты, полимеризу ется, образуя высокомолекулярную гидрЪфобную пленку,

залечивающую дефекты. Это препятствует проникновению активной среды сквозь покрытие к изделию, повышая тем самым кор- розионную стойкость покрытия. При

выдержке менее 1 мин и давлении ниже 50 Па дефекты не успевают зарасти, а при выдержке более 5 минут и давлении выше 150 Па нарастает пленка, ухудшающая декоративный вид изделия.

Предлагаемый способ был реализован на установках ВУ-1Б и ВУ-2МБС.

Защитно-декоративные покрытия наносились на корпуса часов и браслеты из латуни и стали.

Пример 1. Дуговой разряд в двух титановых испарителях при токе дуги 90 А. Разряд инициировался в вакууме при давлении Па. После предварительной обработки детали по известному режиму в

вакуумную камеру напускалась смесь газов из ряда метана а именно пропана и бутана до давления 8 Па, осаждение покрытия осуществлялось до необходимой толщины. Непосредственно после окончания осаждения

в вакуумную камеру напускался пентадиен при давлении 90 Па. Изделие выдерживалось в течении 3 минут.

Пример 2. Способ осуществлялся аналогично примеру 1, но без обработки в

пентадиене.

Пример 3. Способ осуществлялся аналогично примеру 1, но осаждение покрытия осуществлялось при давлении газа 5 Па. Пример 4. Способ осуществлялся

аналогично примеру 1, но осаждение покрытия осуществлялось при давлении газа 13 Па.

П р и м е р 5. Способ осуществлялся аналогично примеру 1, но обработка изделия после осаждения в пентадиене осуществлялась при давлении 40 Па в течение 0,5 мин. Примерб. Способ осуществлялся аналогично примеру 1, но обработка изделия после осаждение в пентадиене осуществлялась при давлении 160 Па в течение 6 мин.

Для исследования коррозионной стойкости покрытия изделия выдерживались в

искусственной морской воде в течение 7200. ч после выдержки поверхность изделий исследовалась на оптическом и растровом микроскопах.

Результаты исследований сведены в таблице.

Таким образом, как видно из таблицы, только совокупность всех признаков, предлагаемых в изобретении (пример обеспечивает высококачественное антикоррозионное

защитно-декоративное покрытие черного цвета..

Кроме того, по сравнению с прототипом предлагаемый способ получения защитно- декоративных покрытий черного цвета экологически чист.

Использование заявленного способа позволит повысить надежность и срок службы изделий улучшить их эксплуатационные и потребительские характеристики.

Использование: при нанесении защитных, износостойких и.декоративных покрытий черного цвета, в частности на товары народного потребления и детали машин. Сущность изобретения: с целью повышения качества покрытия путем увеличения его коррозионной стойкости, осаждение материала покрытия на основе титана в среде углеродсодеряжащего газа проводят при , давлении 6-12 Па. а после осаждения ваку- умную камеру заполняют газом из рядя бутадиен, пентэдиен или их аналогов при давлении Па и выдерживают в нем изделие в течение 1-5 мин. 1 табл.

Формула изоб ретения 1. Способ получения защитно-декоративных покрытий черного цвета, включающий осаждение материала покрытия путем испарения титана в вакуумно-дуговом разряде в среде углеродсодержащего газа, о т л и- чающийся тем, что осаждение материала покрытия проводят при давлении газа 6-12 Па, а после осаждения вакуумную камеру

Режим получения покрытия (давление смеси пропан-бутан R1,Па; давление

пентадиена Р2, Па; время вы держки t, мин

заполняют газом из ряда бутадиен, пентади- ен или их аналогов при давлении 50-150 Па и выдерживают в нем изделие в течение 1-5 мин. ,

Данные исследования в оптическом и растром микроскопах

t 3 мин

Р Па

Па Па t 3 мин

Па t 3 мин

Па Па 0,5 мин

2 160Па

Е 6-МИН

Покрытие однородно по толщине как на внешней поверх ности изделия, так и в проточках, прорезях и местах сверления следов точечной коррозии не наблюдаете Покрытие однородно по толщине как на внешней поверхности изделия, так и в проточках, прорезях и местах сверления В местах микродефектов набл. выделение продуктов точечной коррозии.

В углублениях, проточках, прорезях, в местах сверления наблюдается.пониженная толщина покрытия и следы точечной коррозии. Ухудшается декоративный вид покрытия за счет развития поверхности.

Покрытие однородно по толщине как на внешней поверхности изделия, так и в проточках, прорезях исместах сверления- В местах микродефектов набл. выделение продуктов точечной коррозии.

Ухудшается декоративный вид покрытия за счет появления на нем налета