CS199183B1 - Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles - Google Patents

Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles Download PDF

Info

Publication number
CS199183B1
CS199183B1 CS654978A CS654978A CS199183B1 CS 199183 B1 CS199183 B1 CS 199183B1 CS 654978 A CS654978 A CS 654978A CS 654978 A CS654978 A CS 654978A CS 199183 B1 CS199183 B1 CS 199183B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
carbides
volume
layer
reactive atmosphere
nitrides
Prior art date
Application number
CS654978A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Jiri Bures
Jan Tomka
Jaroslav Prochazka
Original Assignee
Jiri Bures
Jan Tomka
Jaroslav Prochazka
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiri Bures, Jan Tomka, Jaroslav Prochazka filed Critical Jiri Bures
Priority to CS654978A priority Critical patent/CS199183B1/en
Publication of CS199183B1 publication Critical patent/CS199183B1/en

Links

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

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.The invention relates to a process for modifying smooth coatings of metal carbides and nitrides, in particular Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si and Cr, Mo, W, respectively, in order to achieve a mosaic structure.

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.The surfaces of the components that are subjected to their friction function under conditions increasing the value of wear and operating at increased specific pressure are generally formed from very hard and wear resistant materials, taking into account their action against the components. In many cases, only surface layers of thickness, which are still related to the permitted functional clearance or to the permissible surface stress values, are formed on the functional surfaces. For example, the coating of sintered carbides with a titanium carbide layer and then a titanium nitride layer has proved to be useful in technical practice. Similar overlaying is not used for steels and cast iron, although it is also applicable there, apparently for technological difficulties.

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.Coatings of nitrides and / or carbides of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, or Cr, Mo, W, used for the production of guide surfaces, have so far been formed on steels and cast iron from halides of these metals, under hydrogen or inert atmosphere admixed with a reaction-capable component, such as nitrogen, methane, at elevated temperature. This leads to the diffusion of the metal and the reaction of the constituent components into the oil and to the formation of a reaction product, i.e. nitrides or carbides. The reaction product is deposited under commonly known technological conditions, such as a uniform alloy layer, relatively evenly covering the treated surface of the steel or cast iron parts. The surface roughness of this coating depends on both the initial roughness of the steel or cast iron surface and the thickness of the coating. With increasing thickness of the cover layer to be created, the surface roughness of the cover layer always increases. The increase in roughness adversely affects the mechanical properties of the coating, making it more brittle, brittle and less abrasion resistant. Due to its unfavorable properties, in particular the formation of abrasive dust, it increases the abrasion of moving counter parts. In practice, the undesirable effects of thicker layers are reduced in that the cover layers are either formed with a thickness of about 10 µm to 20 µm or on a thin layer of decarburized material.

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.One known solution by which the cover layers are obtained on a thin layer of decarburized backing material to form the guide surfaces of the parts is that the cover layers consist of the outer part of the hard layer, the thickness of which corresponds to up to 30 times the surface roughness of the guide surface. The hard layer is based on the soft interlayer resulting from the decarburization of the material. The thickness of the intermediate layer is up to 50 times the surface roughness of the guide surface, the hardness of the hard layer exceeding the hardness of the material of the guide.

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,The technological treatment of the coating is formed by placing the component to be formed into a reactive atmosphere at a barometric pressure of about 1150 ° C with an Hg content of between 50% and 99.5% by weight, 49% up to 0.45% by weight of Ng content and from 0.0001% to 0.1% by weight of the content of halides 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.Nb, Ta, Si, or Cr, Mo, W. Facilitation of the hard layer is then performed under vacuum and when the component is placed at an ionizing voltage above 250 V or the corresponding coronary discharge. The component is connected to the cathode of the device.

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.All these processes, in practice carried out in the temperature range of 400 to 1500 ° C, are commonly used, and each process itself is suitable for a very specific technical solution.

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.Low carbon steels are particularly suitable for forming titanium nitride layers, and higher carbon steels tend to form titanium carbide interlayers. The increase in surface roughness is less for titanium nitride coatings. The formation of smooth layers with a mosaic structure is not yet known.

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.The above-mentioned disadvantages of existing solutions and processes are overcome by the process for forming smooth coatings of metal carbides and nitrides according to the invention, which is based on the fact that the hay smoothed surface of carbides and metal titrides further provides a reactive atmosphere of 90-99% hydrogen. , 05 to 2% by volume of methane and 0.005 to 1% by volume of halides of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, silicon or cltom, molybdenum or tungsten at 850 to 1450 ° C, optionally treated with a reactive atmosphere at pressure in the range of 0.1 Pa to 1000 Pa and at a temperature of 500 to 1050 ° C with additional radical, ionic, electrically potential or plasma activation.

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.The mosaic structure formed from layers of metal nitrides, in particular Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si or O, Mo, W according to the invention has a number of technical advantages. The coatings are smooth to glossy, adhering to any steel, cast iron or other surface. In the final phase, they are anchored in very hard and load-bearing substrates. Very favorable wear resistance is achieved by the unequal properties of the mosaic-forming parts, since the lattice always has completely different properties. The coating deposited in the lattice can have a significantly higher hardness, so that wear does not completely smooth the surface. In the gently undulating surface there are always spaces for filling with lubricant or other medium, so that the surface has no tendency to seize. These advantageous properties have just been achieved by reacting the coating of the nitrides and metal carbides formed, for example, on a decarburized backing layer, with a reactive atmosphere forming the coating of carbides of the same or another metal. with a similar composition to that of the coating layer or to the lattice formed from carbides of another metal and the resulting part of the surface layer has different composition and properties. The thickness of such layers may vary from place to place, which positively affects system adhesion in function.

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.In the process, the nitride coating of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si and Cr, respectively, Mo, W is first formed, as well as the above known process. The increase in surface density resulting from the formation of the hard layer is smoothed by mechanical pressing, for example by rolling or calibrating. By smoothing, the hard substances are squeezed into the soft decarburized layer below the nitride layer.

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.This smoothing is accomplished by moving the calibration mandrel in one direction, thereby creating unidirectional seeds for further crystal growth. For this purpose, in order to significantly improve the technical properties, the surface treated in this way is treated with a reactive atmosphere, forming a coating of carbides of the same or even another metal forming a component of the reactive atmosphere.

Příklad:Example:

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.Treatment of the surface of carbon steel containing 0.60% by weight of carbon at 800 to 1100 ° C in an atmosphere composed of 99.5% by weight of hydrogen, 0.5% by weight of nitrogen, with 0.1% by weight of TiCl 2. After six hours, a TiN layer of 3 to 25 µm thick is formed on a decarburized steel layer up to 100 µm thick. The surface roughness of the layers thicker than 5 µm will increase from the original 0.8 to 1 game according to the thickness of the layer formed despite 6 HRa. By pressing the formed irregularities into the soft undercoat of steel, the surface roughness decreases gradually up to 0.5 HRa. The treated component is then reinserted into a reactive atmosphere at a temperature of 800 to 1200 ° C containing 99.8% by volume of H 2 , 0.15% by volume of CH 2 and / 0.05% by volume of TiCl 4. Methane in the reactive atmosphere can be replaced Any paraffinic hydrocarbon with a carbon number of less than four or a halogenated hydrocarbon. The titanium tetrachloride is then any metal halide, especially Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, or Cr, Mo, W. The formed layers are smooth, corrosion resistant, with excellent adhesion and high abrasion resistance.

Claims (2)

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 iProcess for forming smooth coatings of metal carbides and nitrides, in particular titanium, zirconium, afnium, vanadium, niobium, tantalum, silicon, possibly chromium, molybdenum, tungsten, also formed from a decarburized steel or cast iron surface and subsequently smoothed, e.g. 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 ažmechanical smoothing under pressure, characterized in that the smoothed surface of carbides and metal nitrides is further treated with a reactive atmosphere of up to 99% by volume of hydrogen, 0.05 to 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.2% by volume methane and 0.005 to 1% by volume titanium halide, zirconium? hafnium, vanadium, niobium, tantalum, silicon; or a bromine, molybdenum or tungsten at a temperature of 850 to 1450 ° C, optionally treated with a reactive atmosphere at a pressure ranging from 0.1 Pa to 1000 Pa and at a temperature of 500 to 1050 ° C with additional radical, ionic, electrically potential or plasma activation.
CS654978A 1978-10-09 1978-10-09 Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles CS199183B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS654978A CS199183B1 (en) 1978-10-09 1978-10-09 Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS654978A CS199183B1 (en) 1978-10-09 1978-10-09 Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS199183B1 true CS199183B1 (en) 1980-07-31

Family

ID=5412808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS654978A CS199183B1 (en) 1978-10-09 1978-10-09 Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS199183B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305986B6 (en) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Cladded thread-cutting tools of high-speed cutting steel, especially screw-cutting taps

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305986B6 (en) * 2013-02-15 2016-06-08 Technická univerzita v Liberci Cladded thread-cutting tools of high-speed cutting steel, especially screw-cutting taps

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4101703A (en) Coated cemented carbide elements
DE2727250C2 (en) Surface coated cemented carbide article and method for making the same
US4548786A (en) Coated carbide cutting tool insert
EP0015451B1 (en) Boride coated cemented carbide
US4497874A (en) Coated carbide cutting tool insert
JP2825693B2 (en) Coating tool and method of manufacturing the same
US6350510B1 (en) Processing insert, and production of same
US3955038A (en) Hard metal body
US5368939A (en) Hard multilayer coated product and process for producing same
US3974555A (en) Rolls for rolling mills and method for making same
US4162338A (en) Coated cemented carbide elements and their manufacture
WO2001016388A1 (en) Coated grooving or parting insert
US5217817A (en) Steel tool provided with a boron layer
CN1859985A (en) Diamond coated article and method of its production
US4758451A (en) Process for producing coated molded bodies
US3832221A (en) Method of coating sintered hard metal bodies and hard metal body coated according to the method
CS199183B1 (en) Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles
DE2113853C3 (en) Process for the production of firmly adhering wear-resistant coatings made of metal nitride or carbonite on hard metal parts
CS199186B1 (en) Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles
JP2660180B2 (en) Coated carbide tool
US4784923A (en) Hard metal alloy with surface region enriched with tantalum, niobium, vanadium or combinations thereof and methods of making the same
US5164230A (en) Method of applying a boron layer to a steel substrate by a cvd process
CS199185B1 (en) Forming smooth surfaces from metal carbides and nitriles
DE2622181A1 (en) PROCESS FOR VACUUM EVAPORATION OF RUTHENIUM
CS197581B1 (en) Method of forming smooth surfaces from metal carbides and nitrides