CS199184B1 - Způsob vytváření hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu vytváření hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů. Zejména Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, popřípadě Gr, Mo, W, určeného k vytváření vodicích ploch pro vedení v ni?h uložených pohybujících se součástí a pro úpravu povrchu nástrojů.

Styčné třecí a vodicí plochy součástí mají mít povrch vytvořen tak. aby v co nejmenší míře docházelo k jejich opotřebování otěrem. V nemalé míře se Kaká často požaduje, aby i protisoučást nebyla otěrem opotřebovávána. V technické praxi se tyto požadavky běžné řeší vhodnou volbou třecích dvojic z nestejných materiálů. Ve složitějších případech tyto způsoby nepostačují a řešení se hledá v použiti měkkých výstelek;, vyplněných tvrdšími částicemi nebo v použiti tvrdých povlaků s nízkou drsnosti povrchu. K tomu účelu se tvrdé povrchové vrstvy poměrně pracně upravují. U tenkých povrchovýchvrstev není mechanická úprava prakticky proveditelná, nebol dochází k poškození souvislosti takové vrstvy a tím se její odolnost proti opotřebení značně snižuje. Na zmenšení opotřebeni vlastních vodicích součástí má příznivý vliv i tlakové pnuti v povrchové vrstvě, avšak nemá příznivý vliv na průběh opotřebování u vedených součástí, Proto jsou tyto způsoby úpravy povrchu, zvyšující tlakové pnutí povrchových vrstev vhodné k úpravě^povrchu všech nástrojů, u nichž se vyžaduje prodloužení životnosti.

Pdvlaky z nitridů ,anebo karbidů Ti, Zr, Hf, Y, Nb, Ta, Si, popřípadě Gr,. MO , W, používané ke^zhotoveni vodicích ploch, se doposud vytváří na ocelích alitináchzhale-

?! .

!»' 1.,

V· genidů těchto kovů ve vodíkové, popřípadě inertní atmosféře s příměsí reakce schopné složky, jako dusíku; metanu, při zvýšené teplotě. Přitomdochází k difúzi kovu a reakce schopných složek do oceli 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 součástí. Drsnost povrchu této krycí vrstvy závisí jednak na výchozí drsnosti ocelového nebo litinového povrchu, jednak na tlouštce vytvářené krycí vrstvy. Se zvětšující se tlouštkoiu vytvářené 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 abrazivního prachu, zvyšuje .otěr i u pohyblivých protisoučástí. U řezných a jiných nástrojů dochází kulamování části břitů nebo k jinému poškozeni funkčních ploch nástroje.

Jedno ze známých, řešení, kterým se krycí vrstvy získávají na tenké vrstvě oduhličeného podkladového materiálu pro vytvoření vodicích' ploch součástíspočívá v tom, že krycí vrstyy jsou tvořeny, vnější částí tvrdé vrstvy, jejíž tlouščka 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 drsnosti 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 cca 1150 °C s obsahem Hg v rozmezí 50 % až 99,5 % objemových, 49 % až 0,45 % objemových b.bsáhu.N^ a z. 0,0.001 % až 0,1 % hmotnostních obsahu halogenidů Ti, Zr, Hf, 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.

Ukázalo se, že jednou z nevýhodných vlastností těchto procesů je tvorba povlakových vrstev s tahovým pnutím. Tahová pnutí vznikají v povrchových vrstvách materiálů, zpracovávaných v rozmezí teplot 400 až 1500 °C, a to v závislosti na obsahu legujících přísad.

v . «

Tento jev omezuje použiti ledeburitických a zejména rychlořezných ocelí pro jmenované účely a je příčinou, proč zejména ú těchto druhů ocelí zvláště drsnost povrchu vzrůstá.

Uvedené nevýhody stávajících řešení a technologických postupů a další zdokonaleni přináší způsob‘'vytváření hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tóm, že sě na vyhlazený povlak z karbidů a nitridů kovů dále působí nauhličujícím prostředím, například solnou lázni o složeni 35 % hmotnostních chloridu draselného, 35 % hmotnostních uhličitanu sodného a 30 % hmotnostních kyanidu Sodného při 800 až 1050 °C nebo nauhličující atmosférou o výchozím složení 2λ> objemová metanu a 98 % objemových vodíku při 1000 °C.

Úpravami povrohu podle vynálezu se nejen sníží dsnost zpracovávaného povrchu souale původní tahové pnutí se změní na lehce tlakové. Naznačenou úpravou se tedy vytvoří povrchové vrstvy s příznivějšími vlastnostmi, a to na podkladovém materiálu, ve kterém po tepelném zpracování vymizí všechny měkké a neúnosné mezivrstvy z dříve funkčních oduhliř.ených vrstev, Kromě toho se zlepší odolnost proti korozi, nebo£ ěást nitridů titanu se změní na karbid titanu. Způsobem podle vynálezu je umožněno mimo jiné zpracovávat řadu nástrojových a konstrukčních ocelí.

Při prováděni postupu se nejdříve vytvoří známým způsobem povlak z nitridu Ti, Zr,

Hf, V, Nb, Ta, Si, popřípadě Cr, Moj W. Při tomto zpracování se povrchová d&iost zvýší. Mechanickým zatlačením, například válečkováním, kalibrováním se povrch opět vyhladí. Vyhlazením se tvrdé substance zamáčknou do měkké óduhličené vrstvy, nacházející se pod nitridovou vrstvou. Toto vyhlazení proyede se pohybem v jednom směru, čímž se vytvoří jednosměrně orientované zárodky pro další růst krystalů. Na to se za účelem výrazného zlepšení technických vlastností působí na takto upravený povrch nauhličujícím prostředím při reakčních teplotách. Tím se měkké a málo únosné části povrchu, obsahující základový oduhličený materiál pod^nitridem titanu zpevní, aniž dojde k většímu nárůstu diyiosti. Přitom je možné výměnnými reakcemi uskutečnit záměnu dusíku za uhlík v povrchové vrstyě, například změnit nitrid titanu za karbid titanu, což se projeví ve výrazném zvýšení tvrdosti upravovaného povrchu.

Příklad:

Zpracování povrchu součástí z uhlíkové oceli, obsahující 0,60 % hmotnostních uhlíku při 800 až 1100 °Č v atmosféře složené z 99,5 % hmotnostních vodíku a 0,5 % hmotnostních, duéíku s příměsí 0,1 % hmotnostní TiCl₄· Po šesti hodinách se vytvoří vrstva TiN o tloušíce 3 až 25 pm ha óduhličené vrstvě o tloušíce 100 μπι. Digiost povrchu vzroste z původních 0,4 HRá u vrstev tlustších než 10 pm podle tlouštky na hodnoty přesahující i 6 HRa. Zatlačením takto vytvořených nerovností do měkké podložní vrstvy oceli se drsnost sníží postupně až na 0,8 HRa. Takto upravený povrch se nauhličuje po dobu 8 hodin v solné eementační lázni, která obsahuje 35 % hmotnostních KC1, 35 % hmotnostních NagCO^ a 30 % hmotnostních NaCN při teplotě 900 °C nebo v nauhličující atmosféře ó složení 2 % objemová CH^, 98 % objemových Hg při 1000 °C.

Claims (1)

1. P Ř E D lí Ě'T VYNÁLEZU

   Způsob vytváření hladkých povlaků z vrstev karbidů a nitridů kovů, zejména titanu, zirkonu, hafnia, vanadu, niobu, tanialu, křemíku, popřípadě chrómu, molybdenu, wolframu, vytvořených na oduhličeném povrchu oceli nebo litiny a následovně upravených vyhlazením, \ ' ’ například mechanickým vyhlazením za působení tlaku, vyznačený tím, že se na vyhlazený povlak z karbidů a nitridů kovů dále působí nauhličujícím prostředím, například solnou lázní o složení 35 % hmotnostních chloridu draselného, 35 % hmotnostních uhličitanu sodného a 30 % hmotnostních kyanidu sodného při 800 až 1050 °C nebo nauhličující atmosférou o výchozím složení 2 % objemová metanu a 98 % objemových vodíku při 1000 °C.