Способ получения алюмохромотитановых покрытий на стальных изделиях Советский патент 1982 года по МПК C23C9/02 

(54) СПОСОБ ТОЛУЧЕНИЯ АЛКЙЮХРОМОТИТАНОВЬЕХ: ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ

, ; -.1 ;.:.

Изобретение относится к химако термической обработке металлов и V сплавов, в частности к процессам: комплексного диффузионного насыщения несколькими легирующими злемен-. тами, и может быть использовано дйя поверхностного упрочнения деталей в химической, цветной и черной Mti- таллургии, в сельхйзмашиностррений , авиог, ракето- и судостроении.

Известен шликерно-порошковыЙ метод покрытия, когда на изд елия нано- сят суспензию, содержащую легирую-- щие элементы и связку. После этого изделие отжигают в порошковой насыщающей смеси при 900-1 111. .

Недостатком этого способа являются длительност,ь процесса обработки из-за подготовительно-заключительных операций, например подготовки шликеров, порошков, обмазок, актива- , торов, очистки, уборки напльгеов и Т.Д. неточность и сложность регулировки процесса; недостаточная плотность и чистота получаемого покрытия, что приводит к снижению коррозионной стойкости изделий.

Цель изобретения - ускорение и упрощение процесса обработки, повышение плотностии I чистоты поверхности получаемого покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что диффузионное покрытие заданной толщины и состав формируется при

10 термодиффузионной вьщержке из сложнолегированного слоя, причем сначала наносят слой алюминия толщиной 23 мкм при разложении паров триизобутилалюминия при 240-250°С, затем при 330-370°С слой титана толщиной 2-5 мкм из паров тётрабутоксититана ;и слой хрома толщиной 10-15 мкм из паров бис-аренового хромЪрганического соединения Бархос, а затем на

20 стадии охлаждения изделия при 300350°С наносят уплотняющий слой хрома толщиной 2-3 мкм из паров хромор.ганического соединения Бархос.

Предложенный способ наиболее прост и дешев, так как обеспечивает более точную дозировку легирукэщих элементов в диффузионном слое. Кроме того, позволяет повысить качество и производйтелньость всего процесса, так как скорость доставки легирующих элементов к упрочняемой поверхности при пиролитическом осаждении легирующих элементов в 30-80 раз выше других методов, в том числе и электролитического.

Способ осуществляется следующим образом.

Изделия, например, из низкоуглеродистых или высокоуглеродистых сталей очищают, обезжиривают и загруясают в камеру (возможно газовое травление непосредственно в реакционной камере перед процессом осаждения покрытия. После, герметизации и вакуумирования камеры изделие нагрева ют одним из известных способов до температуры пиролнтического разло--; жения осаждаемых элементорганических соединений.

,

Подаваемые в камеру пары элементорганических соединений при контактировании с нагретой деталью разла.гаются и осалодаются на ее поверхности. Скорость осаждения легирующих элементов на нагретую деталь разнообразна обьшно 5-20 мкм/мин и зависит как от вида злементорганнческого соединения, так и от других факторов, например температуры процессов, концентрации подаваемых паров и т.п. При установившейся технологии толщина осаждаемого легирующего слоя обычно пропорциональна времени процесса.

После осаладения требуемого слоя легирующих элементов температуру изделия повьшают до температ гры термодиффузионной выдержки, а подачу паров металлорганических соединений прекрагщают.

Термодиффузионная вьщержка обеспечивает насыщение поверхностного слоя элементами легирующего слоя. Ско-t ростью нагрева и продолжительностью термодиффузионной выдержки регулируют ся концентрация и глубина диффузионного слоя. Затем обогрев прекращают и образец (Зхлаждают. На стадии охлаждения при температурах пиролитического разложения в камеру вновь подают их пары и осаждают на диффузионное покрытие уплотняющий (залечивающий)

слой легирующего элемента, его.карбида или окисла.

При необходимости получения сложнолегированных покрытий типа Сэндвич

5 подачу паров различных элементорганических соединений осуществляют последовательно. Кроме того, на изделие легирующие элементы могут наноситься в такой последовательности,

10 ,чтобы при последующей термодиффузион,ной выдержке предыдущие слои легирующих элементов улучшали диффузию элечментов из предьщущих слоев.

Пример . Нанесение алюмохро15- мотитан рвого покрытия на сталь У9.

На стадии магрева при 260°С осаждают слой 2-3 мкм ал1оми1шя,используя триизобутилалюми}шй.. Затем при первоначально осаходают в течение 2-3

20 Mmi слой титана толищной 2-5 мкм, используя тетрабутоксититан, а затем слой хрома толщиной 10-15 мкм, используя пары бнс-аренового хроморганического соеднн ешш Бархос, после чего

25 осуществляют термодиффузионну1о выдержку при IQ5Q°C в течение 6 ч.Алюминий способствует диффузрш титана, а титан -;диффузии хрома. .

После термодиффузиоиной вьщержки температурз изделия снова снижают до , в реакционную камеру запускают пары .Вархоса и осаждают на диффузионное покрытие карбид хрома (2-3 мкм). Этот прием позволяет

уплотнить поверхностные слои диффузионного покрытия, а также повысить класс чистоты поверхности, так как после термоди{1)фузиониой выдержки или термообработки при снижении температуры изделия в слоях покрытия появляются микродефекты, вызванные разностью термофизических коэффициентов элементов покрытия и подложки, а также диффузией элементов изделия

5 на поверхность во время термодиффузиоиной выдержки,. В результате на образце получают плотный диффузионный слой карбидов хрома и титана толщиной 50-60 мкм. Микротвердость

0 диффузионного слоя по глубине составляет 3300-2400 кг/мм.

Таким.образом, предложенный способ полу11ёния многокомпонентных диффузионных покрытий обеспечивает дешевизну,.точность и простоту процесса при одновременном повьпиении производительности, а также плотности и чистоты поверхности покрытия. Формула изобретения Способ получения алюмохромотитановых покрытий на стальных изделиях включающий нанесение на изделие лег рующего вещества, нагрев до 1000ПОО С и вьщержку при этой температуре, о тличающийс я тем, что с целью ускорения и упрощения процесса обработки, повышения плотности й- чистоты поверхности получаемого покрытия, нанесение легирую щего вещества осуществляют пиролитическим осаждением послойно, приче сначала на стадии нагрева осаждают слой алюминия толщиной 2-3 мкм при 240-260 С из паров триизобутилалю36миния, потом осаждают слой титана толщиной 2-5 мкм при 330-370 с из паров тетрабутоксититана,затем осаждают слой хрома толщиной 10-15 мкм при той же температуре из паров бисаренового хроморганического соединения, после чего осуществляют ьмдержку, а затем на стадии охлаждения пиролитическим осаждением наносят слой хрома при ЗОО-ЗЗО С из паров хроморганического соединения тощиной 2-3 мкм. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Сб. Металлургия, Минск,изд. БПИ, 1973, № 4, статья Сосновско-. го л.А. и др.