Способ нанесения нитридных слоев на детали из титана и его сплавов Советский патент 1993 года по МПК C23C8/24 

Изобретение относится к способам нанесения нитридных слоев на детали из титана и из титановых сплавов посредством термохимической обработки деталей аммиаком или газовой смесью, содержащей аммиак, под давлением и при температуре выше 500°С.

Титан как конструктивный материал имеет некоторые преимущества перед сталью: меньший удельный вес, коррозион- ноустойчивость и повышенный предел прочности. Этим преимуществам противостоит относительно малая твердость, которая обуславливает необходимость поверхностной обработки, если должна быть увеличена износостойкость. Как правило, такая поверхностная обработка состоит в нанесении слоев, состоящих из карбида титана или нитрида титана. В.известных способах азотирования деталей из титана и из сплавов титана обработка осуществлялась посредством высокоэнергетических га&

зов или посредством электромагнитных полей. Эти способы очень дороги и могут использоваться только при простой геометрии обрабатываемых деталей,

Целью предлагаемого изобретения было создание такого способа нанесения нитридных слоев на детали из титана и из титановых сплавов посредством термохимической обработки деталей в аммиаке или в газовой смеси, содержащей аммиак, под давлением и при температуре свыше 500°С, который бы обеспечивал умеренные затраты и возможность получения слоев толщиной 20 мкм и более за относительно короткие периоды времени.

Эта задача решается благодаря тому, что обработка осуществляется при температуре 500-1000°С и при давлении 0,2-10 МПа, причем парциальное давление аммиака составляет минимум 0,2 МПа.

Особенно целесообразными оказались температура в диапазоне 700-950°С ft дав00

GO

о

Јь 00

Ј

t+

U

ление в диапазоне 0,5-7 МПа, причем тре- буется парциальное давление аммиака минимум 0,2 МПа,

При таком способе под давлением на деталях из титана и титановых сплавов, имеющих любую геометрию и габариты, при соответствующих размерах камерных печей, можно получать достаточно толстые покрытия нитридных слоев (до 20 мкм и более). Исключительное значение имеет тот факт, что не требуются газы высокой степенью частоты, достаточно использовать аммиак обычного промышленного качества. Кроме того, имеется возможность подмешивать к аммиаку азот, причем для способа азотирования требуется только парциальное давление аммиака, равное минимум 0,2 МПа.

Толщина слоя наносимого нитрида титана в большом диапазоне давлений зависит от температуры и от времени обработки. Поверхность получается глянцево-золотой и твердость ее существенно повышается. При давлениях в диапазоне выше 6 МПа толщина слоя почти не зависит от давления.

На чертеже показана зависимость толщины слоя нитрида титана на деталях из чистого титана от давления и температуры атмосферы, содержащей аммиак.

Уже при температуре, например, 500°С и при абсолютном давлении 2 МПа (20 бар) через 1 ч можно получить толщину слоя нитрида титана, равную 10 мкм. При температуре 880°С за этот же период наносится слой чистого нитрида титана толщиной 20 мкм.

При давлении 6 МПа (60 бар) образуется, например, слой нитрида титана толщиной 30 мкм, если образцы выдерживаются в течение 1 ч при температуре 880°С.

При дальнейшем увеличении давления

до 9 МПа (90 бар) влияние давления на толщину слоя нитридов уменьшается. Приращение уже больше не является линейным. При более высоких давлениях вследствие

быстрого образования плотных слоев нитридов только диффузия азота через нанесенный слой определяет фактор времени.

Аналогично чистому титану могут азотироваться также сплавы титана, например

TIAI16V4.

Для нанесения таких покрытий не трь буется автоклава, а обработка может осуществляться в обычной камерной печи.

20

Фор м у ла изобретения

1,Способ нанесения нитридных слоев на детали из титана и его сплавов, включающий азотирование при повышенном давлении в атмосфере азотсодержащего газа при температуре выше 500°С, отличающийся тем, что процесс ведут в атмосфере аммиака или газовой смеси, содержащей аммиак и азот, при температуре 500ЮОО°С, давлении 0,2-10 МПа, причем парциальное давление аммиака составляет минимум 0,2 МПа.

2.Способ п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что процесс ведут при 700-950°С и давлении 0,5-7 МПа.

W

yew ,

Использование: в станкостроении и других отраслях промышленности при упрочнении и увеличении износостойкости деталей машин. Сущность способа состоит в том, что деталь азотируют в атмосфере аммиака или газовой смеси, содержащей аммиак и азот, при температуре 500-1000°С, давлении 0,2-1,0 МПа. При этом парциальное давление аммиака составляет минимум 0,2 МПа. Наиболее оптимальны температура 700-950°С и давление 0,5-7 МПа. Способ обеспечивает получение нитридных слоев толщиной до 20 мкм и более.1 з.п. ф-лы, 1 ил.

JO

9 tO. 40 fO 40 40d lfep

J A5.