Способ химико-термической обработки Советский патент 1977 года по МПК C23C11/08 

1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к химико-термической обработке деталей трения, изготовленных из молибдена или других сплавов с молибденовыми покрытиями и предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях.

В отраслях современной техники, в частности в космическом аппаратостроении, вакуу.мной металлургии, хи.мическом машиностроении и других, все большее использование для обеспечения работоспособности узлов сухого трения получают твердосмазочные покрытия из дисульфида молибдена, образованные на молибденовых или .молибденсодерл ащих подложках в результате их химико-термической обработки в среде серы или сероводорода.

Известен способ получения покрытия МоЗг на деталях трения из титана и стали, по которому сначала электролитическим путем получают слой смешанных окислов молибдена, который затем превращают в дисульфид молибдена путем химико-термической обработки в среде HaS при температурах до 300-350°С, давлении до 28 кгс/см в течение десятков часов. Толщина слоя МоЗа после этого 5- 6 мкм 1.

Известен способ химико-термической обработки молибдена в проточном сероводороде или газовой смеси Ar+S. Температура процесса 800-900°С; время вьтдерж-;и 5-20 ч в

зависимости от требуемой толщины слоя MoSa 2. Коррозионная стойкость реактора в среде Н23 в этом случае обеспечивается за счет -применения л аростойкого кварцевого стекла.

Наиболее близким к описываемому изобретению по аппаратурному оформлению является способ химико-термической обработки молибденовых деталей (а также деталей из других сплавов с предварительно нанесенным молибденовым оокрытием) в замкнутом объеме в среде серы 3.

Для осуществления указанного процесса используют реакторы в виде запаянных кварцевых ампул или в металлическом исполнении из спецнальното коррозионно-стойкого и жаропрочного металла. Процесс проводят при 550-650°С. Порядок проведения процесса следующий: загрузка в реактор молибденовой детали и иавески серы, герметизация реактора, откачка воздуха или заполнение реактора нейтральным газом, лагрев до 550-650°С и выдержка при этой те.мпературе в загерметизированном состоянии, высадка избытка серы на специальный холодильник реактора.

Основной аппаратурный недостаток этого процесса связан с высокой реакционной способностью серы и состоит в необходимости использования для материала реактора специальных титановых сплавов. Кроме того, получаемые покрытия МоЗз, обладающие высокой

3

работоспособностью, имеют недостаточную для некоторых практических целей несущую способность или толщину.

Целью изобретения является упрощение процесса и повышение несущей способности покрытия. Это достигается тем, что химикотермическая обработка молибденовых деталей или деталей из других материалов (титана, стали и др.) с предварительно нанесенным молибденовым покрытием проводится при помещении детали в порошок из чистого сернистого свинца (PbS) в интервале температур 500- 800°С в вакууме или нейтральной газовой среде.

Порядок проведения процесса следующий.

Деталь помещают в алулдовый тигель, на дно которого насыпан слой порошка PbS толщиной 5-10 мм, и засыпают его целиком порошком PbS ;на 15-20 .мм выше верхнего уровня детали. Тигель устанавливают в реактор из нержавеющей стали, закрывают его водоохлаждаемой крышкой с вентилем и герметизируют реактор. Затем воздух откачивают форвакуумиым -насосом и вентиль закрывают. Можно Заполнить реактор нейтральным газом (аргоном, гелием и т. п.). После этого реактор устанавливают в электрическую печь сопротивления, нагревают до 500- 800°С и дают выдержку 1-25 ч (в зависимости от требуемой толщины твердосмазочного слоя). Если температура химико-термической обработки ниже 500°С, образуется очень тонкий твердосмазочный сульфидный слой толщиной меньще 1 мкм. При температуре выще 800°С процесс химико-термической обработки проникает .на большую глубину и происходит разрушение поверхностного слоя детали. Твердосмазочный слой обладает более высокой несушей способностью и большей толщиной (до 1000 мкм), причем толщина покрытия увеличивается с увеличением температуры и времени выдержки при химико-термической обработке. Так, слой толщиной 800-900 мкм образуется после химико-термической Обработки молибденовой детали при 780°С в течение 5 ч.

Специально проведенные сравнительные фрикционные испытания сульфидных покрытий толщиной 35-40 мкм, полученных путем химико-термической обработки молибденовых деталей в сере и в порошкообразном PbS, по4

казывают, что несущая способность в последнем случае гораздо выше. Нагрузка задира для них при постепенном -нагружении узла трения «стальной диаметром 5,0 мм щарик5 диск из молибдена с испытуемым покрытием составляет 13-15 «гс, а для MoS2, полученного после химико-термической обработки в сере, 2,5-3,0 кгс. Испытания проводят на машине УТИ-1 в па воздухе при скорости скольже0ния |0,5 м/с с увеличением нагрузки с 2 кгс по 0,5 кгс через каждые 5 мин до резкого повышения коэффициента трения. . Предлагаемый способ проще в аппаратурном отношении вследствие того, что сульфидирующая среда PbS имеет невысокую упругость пара и его коррозионное воздействие на материал реактора по сравнению с серой или сероводородом невелико. Поэтому химико-термическую обработку можно проводить в реакторах из доступной .нержавеющей стали Х18П9Т. По сравнению с сульфидированием в сере не требуется также специальных мер для освобождения детали от материала сульфоризатора, поскольку после охлаждения деталь легко освобождается от порошка PbS.

Формула изобретения

Способ химико-термической обработкн для получения твердосмазочного сульфидного покрытия «а молибденовых подложках, включающий нагрев до температуры диффузио.н.ного насыщения и выдержку в серусодержащей среде с предварительным удалением воздуха, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, повышения-несущей способности покрытия, нагрев до температуры диффузионного насыщения и выдержку проводят в порошке сульфида свинца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 2902417, кл. 204-370, 1955.

2.Сборник «Трение и изнашивание при высоких температурах, М., «Наука, 1973, с. 133-138.

3.Сборник «Тепловая динамика и моделирование внешнего трения, ;М., «Наука, 1973, с. 111 - 113.