CS199183B1 - Způsob vytvářeni hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu modifikování hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů, zejména Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, popřípadě Cr, Mo, W za úěelem dosažení mosaikové struktury.

Plochy součástí, které jsou vystaveny při jejich funkci tření za podmínek zvyšujících hodnotu opotřebeni a pracující za zvýšeného měrného tlaku se všeobecně vytváří z velmi tvrdých a opotřebení odolávajících materiálů, přičemž se přihlíží i k jejich působení na proti součást. V řadě případů se vytváří na funkčních plochách pouze povrchové vrstvy o tlouš£kách, majících vztah ještě k povoleným funkčním vůlím nebo k hodnotám dovoleného namáhání povrchu. V technické praxi se například osvědčilo povlékáni slinutých karbidů nejdříve vrstvou karbidu titanu a potom vrstvou nitridu titanu. Podobné převrštvovánl není využíváno u ocelí a litiny, ač i tam je použitelné, a to zřejmě pro technologické obtíže.

Povlaky z nitridů anebo karbidů Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, popřípadě Cr, Mo, W, používané ke zhotovení vodicích ploch, se doposud vytváří na ocelích a litinách z halogenidů těchto kovů, ve vodíkové, popřípadě inertní atmosféře s příměsí reakce schopné složky, jako dusíku, metanu, při zvýšené teplotě. Přitom dochází k difusi kovu a reakce schopných složek do oeeli a ke vzniku reakčního produktu, to je nitridů, popřípadě karbidů. Reakční produkt se vylučuje za běžně známých technologických podmínek, jako stejnorodá legující vrstva, poměrně rovnoměrně pokrývající zpracovaný povrch ocelových nebo litinových sou1&9 1&3 částí. Drsnost povrchu této krycí vrstvy závisí jednak na výchozí drsnosti ocelového nebo litinového povrchu, jednak na tloušťce vytvářené krycí vrstvy. Se zvětšující se tloušťkou vytvářeně krycí vrstvy roste vždy i drsnost povrchu této krycí vrstvy. Vzrůst drsnosti nepříznivě ovlivňuje mechanické vlastnosti krycí vrstvy, čímž se stává lámavější, křehčí a méně otěruvzdorná. Svými nepříznivými vlastnostmi, zejména tvorbou abrazivnlho prachu, zvyšuje otěr i u pohyblivých protisoučástí. V praxi se nežádoucí vlivy tlustších vrstev omezují tím, že se krycí vrstvy vytváří buá o tloušťce asi 10 um až 20 |un nebo na tenké vrstvě oduhličeného materiálu.

Jedno ze známých řešení, kterým se krycí vrstvy získávají na tenké vrstvě oduhličeného podkladového materiálu pro vytvoření vodicích ploch součástí, spočívá v tom, že krycí vrstvy jsou tvořeny vnější částí tvrdé vrstvy, jejíž tloušťka odpovídá až 30ti násobku povrchové drsnosti vodicí plochy. Přitom tvrdá vrstva spočívá na měkké mezivrstvě vzniklé oduhličením materiálu. Tloušťka této mezivrstvy je až 50ti násobek povrchové drsnos ti vodicí plochy, přičemž tvrdost tvrdé vrstvy převyšuje tvrdost materiálu jí.vedené součásti.

Technologické zpracování krycích vrstev se u tohoto řešení vytváří tak, že součást, na které mají být vytvořeny, se vloží do reaktivní atmosféry při barometrickém tlaku o teplotě kolem 1150 °C s obsahem Hg v rozmezí 50 % až 99,5 & hmotnostních, 49 % až 0,45 % hmotnostních obsahu Ng a z 0,0001 % až 0,1 % hmotnostní obsahu halogenidů Ti, Zr, Uf, V,

Nb, Ta, Si, popřípadě Cr, Mo, W. Usnadnění tvorby tvrdé vrstvy se pak provádí při podtlaku a při vložení součásti do ionizujícího napětí nad 250 V nebo odpovídajícího koronárního výboje. Součást je přitom připojena ke katodě zařízení.

Všech těchto procesů, v praxi prováděných v rozmezí teplot 400 až 1500 °C se běžně používá, přičemž každý proces sám o sobě je vhodný pro zcela určité technické řešení.

K vytváření vrstev nitridu titanu jsou zejména vhodné oceli s nižším obsahem uhlíku, u oceli s vyšším obsahem uhlíku se vytváří obvykle mezivrstvy s karbidem titanu. Nárůst povrchové drsnosti je menší u povlaků z nitridů titanu. Vytváření hladkých vrstev s mosaikovou strukturou doposud není známo.

Výše uvedené nevýhody stávajících řešení a technologických postupů odstraňuje způsob vytváření hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sena vyhlazený povrch z karbidů a rtitridů kovů dále působí reaktivní atmosférou o složení 90 až 99 % objemových vodíku, 0,05 až 2 % objemová metanu a 0,005 až 1 % objemové halogenidů titanu, zirkonu, hafnia, vanadu, niobu, tantalu, křemíku, popřípadě cltomu, molybdenu nebo wolframu za teplot 850 až 1450 °C, popřípadě se působí touto reaktivní atmosférou při tlaku v rozmezí od 0,1 Pa až 1000 Pa a za teploty 500 až 1050 °C s přídavnou radikálovou, iontovou, elektricky potenciálovou nebo plazmovou aktivací.

Mosaiková struktura, vytvořená z vrstev nitridů kovů, zejména Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, popřípadě O, Mo, W podle vynálezu má řadu technických výhod. Povlaky jsou hladké až lesklé, přilnavé na každém ocelovém, litinovém nebo jiném povrchu. Přitom v konečné fázi jsou zakotveny do velmi tvrdých a únosných podkladů. Velmi příznivé odolnosti proti opotřebení se dosahuje nestejnými vlastnostmi částí, vytvářejících mosaikovou strukturu, neboť mřížoví má vždy zcela odlišné vlastnosti. Povlak, vyloučený v mřížoví, může mít výrazně vyšší tvrdost, takže při opotřebovávání nedochází k úplnému vyhlazení povrchu. V jemně zvlněném povrchu jsou vždy prostory pro naplnění mazivem nebo jiným médiem, takže povrch nemá sklon k zadírání. Těchto výhodných vlastností se právě dosáhlo tím, že se na povlak z nitridů a karbidů kovů, vytvořený například na oduhličené vrstvě podkladového,materiálu znovu působí reaktivní atmosférou, vytvářející povlak z karbidů stejného nebo i jiného kovu, V důsledku toho sena povrchu, vytvoří buá mřížoví s podobným složením, jako bylo složení povlakové vrstvy nebo se mřížoví vytvoří z karbidů jiného kovu a vzniklá část povrchové vrstvy má i jiné složení i vlastnosti. Tloušíka takových vrstev může být kolísavá od místa k místu, což příznivě ovlivňuje i přilnavost systému při funkci.

Při postupu se nejdříve vytvoří povlak-z nitridu Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, popřípadě Crj Mo, W, stejně jako podle výše uvedeného známého postupu. Vzrůst djgiosti povrchu, vzniklý při tvorbě tvrdé vrstvy, se mechanickým zatlačením, například válečkováním nebo kalibrováním, vyhladí. Vyhlazením se tvrdé substance zamáčknou do měkké oduhličené vrstvy nacházející se pod nitridovou vrstvou.

Toto vyhlazení se provede pohybem kalibračního trnu v jednom směru, čímž se vytvoří jednosměrně orientované zárodky pro další růst krystalů. Na to se za účelem výrazného zlepšení technických vlastnosti působí na takto upravený povrch reaktivní atmosférou, vytvářející povlak z karbidů stejného nebo i jiného kovu, tvořícího složku reaktivní atmosféry.

Příklad:

Zpracování povrchu uhlíkové ocelí, obsahující 0,60 % hmotnostních uhlíku při 800 až 1100 °C v atmosféře složené z 99,5 % hmotnostních voďíku, 0,5 % hmotnostních dusíku, s příměsí 0,1 % hmotnostních TiCl^. Po šesti hodinách se vytvoří vrstva TiN tlouáíky 3 až 25 pm na oduhličené vrstvě oceli, tlusté do 100 pm. Drsnost povrchů vrstev, tlustších přes 5 pm vzroste z původních 0,8 až 1 Hra podle tlouš£ky vytvořené vrstvy i přes 6 HRa. Zatlačením vytvořených nerovností do měkké podložní vrstvy oceli se drsnost povrchu sníží postupně až na 0,5 HRa. Takto upravená součást se poznovu vloží do reaktivní atmosféry při teplotě 800 až 1200 °C o složení 99,8 % objemových H₂, 0,15 % objemových CH^ a/0,05 % objemových TiCl₄, Metan v reaktivní atmosféře může být nahrazen Jakýmkoliv parafinickým uhlovodíkem s počtem uhlíků nižším než čtyři nebo halogenovaným uhlovodíkem. Chlorid titaničitý pak jakýmkoliv halogenidem kovu, zejména Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, popřípadě Cr, Mo, W. Vytvořené vrstvy jsou hladké, korozně odolné, s vynikající přilnavosti a vysokou otěruvzdorností.

Claims (2)

1. Způsob vytváření hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů, zejména titanu, zirkonu, afnia, vanadu, niobu, tantalu, křemíku, popřípadě chrómu, molybdenu, wolframu, vytvořených i oduhličeném povrchu oceli nebo litiny a následovně upravených vyhlazením, například i

   mechanickým vyhlazením za působení tlaku, vyznačený tím, že se- na vyhlazený povrch z karbidů a nitridů kovů dále působí reaktivní atmosférou osloiairLQÓ až 99 % objemových vodíku,,0,05 až
2. 2 % Objemová metanu a 0,005 až 1 % objemové halogenidň titanu, zirkonu? hafnia, vanadu, niobu, tantalu, křemíku; popřípadě'ohromu, molybdenu nebo wolframu za teplot 850 až 1450 °C, popřípadě se působí touto reaktivní atmosférou při tlaku v rozmezí od 0,1 Pa až 1000 Pa a za teploty 500 až 1050 °C s přídavnou radikálovou, iontovou, elektricky potenciálovou nebo plazmovou aktivací.