Способ получения карбидных покрытий Советский патент 1981 года по МПК C23C11/00 

галогенов и галогепидов тугоплавких металлов.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что скорость травления углерода ири вышеуказанных параметрах процесса незначительна в сравнении со скоростью удаления прочпх, главным образом металлических компонентов в виде летучих галогенидов. В результате травления, как нравило, на новерхности образуется рыхлый графитоподобный слой, обычно темносерого или черного цвета. По данным рентгеноструктурного анализа, основным его компонентом является углерод. В случае травления иодом и (или) иодидами в слое могут присутствовать также карбиды н металлы, слабо взанмодействуюш,ие с указанными реагентами (вольфрам, молибден и их карбиды). Толщина слоя зависит оттемнературы, давления, состава смеси галогеИОВ и (или) галогенидов, состава сплава иодложки, степени ее пористости и времени травления.

При температурах ниже 500°С травление неэффективно вследствие малой скорости химического взаимодействия; при температуре выше 950°С становится заметной скорость обратного процесса - термического разложения образующихся в ходе травления галогенидов, в результате чего суммарный процесс также неэффективен. При давлениях больше 10-5 yif рт ст скорость процесса становится практически неприемлемой, вследствие низких концентраций травителя. Давления выше значения 10- мм рт. ст. нецелесообразны с точки зрения термодинамики пиролиза летучих галогенидов. Способ был реализован в лабораторной вакуумной установке, откачиваемой форвакуумным и наромасляным диффузионным насосами до остаточного давления Р 10- -f-10-5 им рт. ст. В вакуумной камере установки размещали трубчатую печь с объектами покрытия. Исходные реагенты подавали из контейнера с затвором, прогреваемого до температуры (Тконт), соединенного с камерой прогреваемым паропроводом, из которого пары галогенидов подавали в реакционное нространство печи через отверстие на ее боковой поверхности. Непрореагировавшие исходные вещества и продукты реакции откачивали через торцовые отверстия трубчатой печи и конденсировали на ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Объектами покрытия являлись твердосплавные неперетачиваемые режущие пластинки, изготовленные из сплавов ВК-8, ВК-6, Т15К6, Т5К10, ТТ10К8Б и др. различных форморазмеров. В качестве исходных реагентов использовали пентахлорид ниобия (NbCls), тетраиодид титана (Tib), тетрахлорид циркония (ZrCU), пеитахлорид тантала (TaCU), дииодид ванадия (Vb) и др. Пример 1. Получение покрытий NbC.

Режущие пластины помещали в печь, вакуумировали установ {у до получения в камере остаточного давления мм рт. ст., нагревали контейнер с NbCls до TKOIIT I 10-f-130°С, нагревали печь с объектами покрытия до 600- 700°С, затем открывали затвор контейнера с NbCls, откуда пары NbCU - но паропроводу поступали в реакционное пространство печи. В указанном режиме выдерживали образцы в течение 2 ч, после чего повышали темнературу печи до 1000- 1100°С (при неизменных прочих параметрах) и производили осаждение NbC в течение не более 1,5 ч. Затем прекращали подачу NbCls (путем закрывания затвора контейнера), охлаждали печь вместе с покрытыми изделиями и извлекали их. В результате изделия были иокрыты ровным, плотным, прочно сценленным с основой слоем NbC (по данным рентгеноструктурпого анализа), серебристого цвета, толщиной до 30 мкм (измеренной на металлографических шлифах).

Пример 2. Получение покрытий TiC.

Режущие пластины помещали в печь, вакуумировали установку до получения в камере мм рт. ст., нагревали коитейнер с кристаллическим иодом до 40-50°С, нагревали печь с исходными образцами до 550- 600°С, :затем нагревали сопловое устройство с размещенной внутри стружкой титана до 400-500°С. Открывали затвор контейнера с иодом. При этом иод, взаимодействуя с титановой стружкой, образовывал иодиды титана различной валентности. Полученную таким образом смесь иода и иодидов титана направляли к объектам избирательного травления, проводили травление в течение 50 мин, после чего повышали температуру покрываемых изделий до 1050-f-l 150°С и проводили осаждение карбида титана в течение 1 ч. Полученные таким путем покрытия толщиной 8 мкм имели хорошую адгезию и повышали стойкость режущих пластин.

Пример 3. -Получение покрытий TiC+ +VC.

Режущие пластииы из сплава Т15К6 подвергали травлению иодом в смеси с иодидами и ванадия в предложенном устройстве по методике, указанной в п. 2 (стружку титана, смешанную со струлшой ванадия в весовом отношении 1 : 5, поддерживали при более высокой температуре 800-ь -ь900°С вследствие низкой летучести диодида ванадия). Осадки толщиной 5- 20 мкм, как и в предыдущих примерах, были равномерными, беспористыми, прочно сцепленными с основой и представляли собой сплав карбидов титана и ванадия переменного состава (до 80 вес. % карбида ванадия).

С помощью приемов, аналогичных описанным в выщеприведенных примерах, наносили покрытия ZrC, ТаС и др. на твердосплавные ПОДЛО}ККИ.

Проведенные испытания показали повышение эксплуатационной стойкости изделий из твердых сплавов после обработки по предложенному способу в 1,5-2 раза.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет наносить покрытия на основе карбидов, главным образом тугоплавких металлов и их сплавов, на твердосплавные изделия без использования водорода и углеводородов, что существенно упрощает технологическое оборудование и процесс нанесения покрытий, а также позволяет исключить примепение пожаро-взрывоопасных компонентов используемых газовых смесей.

При этом возможное ухудшение свойств композиции основа - покрытие, возникающее вследствие дефицита углерода, предотвращается обогащением поверхности деталей углеродом путем избирательного травления в парах галогенов и (или) галогенидов, в процессе которого с поверхности изделий удаляются преимущественно металлические компоненты твердого сплава, составляющего основу.

Формула изобретения

Способ получения карбидных покрытпй преимущественно на твердых сплавах, включающий нагрев и выдержку в среде галогенов и (или) галогенидов наносимого металла, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости изделий, в процессе нагрева производят дополнительную выдержку при температуре 500-950°Си давлении рт. ст.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции N° 2032750, С 23 С 11/00, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 184093, кл. С 23С 11/00, 1964 (прототип).