CS249917B1 - Spósob priamej tvorby vrstvy TiAb v povrchovej vrstvě titánu a jeho zliatin - Google Patents

Abstract

Podstata spósobu vytvárania ochrannej difúznej vrstvy TiAb na titáne a jeho zliatinách vo vákuu, ktorá zvyšuje odolnost substrátu voči korózii a otěru za zvýšených teplot spočívá v tom, že sa subtrát z titánu alebo jeho zliatin s vrstvou Al ohřeje v iónovo plátovacom zariadení na teplotu z intervalu 600 až 660 °C, a to tak, že na substrát sa ďalej pósobí iónmi v tlejivom výboji inertného plynu, pričom substrát je katodou tohto tlejivého výboja pri tlaku argonu z intervalu 10'2 až 102 Pa po dobu minimálně 1 hodiny. Týmto spósobom je možné vytvárať difúznu vrstvu TiAb alebo TiAb + Al počas procesu vytvárania Al vrstvy na titánovom substráte bez nutnosti následného difúzneho žíhania mimo vákuovú komoru, čo je z hladiska úspory energie a možnosti regulácie zloženia difúznej vrstvy po jej priereze zvlášť výhodné.

Description

Vynález sa týká sposobu tvorby povrchovej vrstvy odolnej proti korózii a otěru za vysokých teplot.

V súčasnosti používané materiály z titánu a jeho zliatin nevyhovujú požiadavkám v celom rozsahu použitia na koróznu odolnost pri vysokých teplotách, preto sa ich užitkové vlastnosti upravujú dodatečnými povrchovými úpravami, například galvanickými alebo žiarovými povlakmi z AI, nitridáciou a podobné. Pre dosiahnutie přilnavosti a vytvárania difuznej vrstvy sa musia takto upravené súčiastky dodatočne spracovať a žíhat, čo má nepriaznivý vplyv na mechanické vlastnosti základného materiálu. Mimo toho proces je zdíhavý, energeticky náročný a nákladný.

Další sposob ochrany titánu a jeho zliatin pri vysokých teplotách je vo vytvoření hliníkovej vrstvy na ich povrchu vo vákuu niektorým zo známých sposobov vytvárania povlakov a následného· difúzneho žihania mimo vákuovú komoru v klasických peciach pre tepelné spracovanie v ochrannej atmosféře. Týmto sposobom je možné na povrchu titánového substrátu vytvořit intermetalickú žíaruvzdornú a oteruvzdornú vrstvu T1AI3. Nevýhodou tohto sposobu je skutočnost, že po vytvoření hliníkovej vrstvy na titánovom substráte je potřebné tento substrát vystavit už spomenutému dodatočnému difúznemu žíhaniu mimo vákuovú komoru, čo vedie jednak k zvýšeniu energetickej náročnosti procesu ako aj k tomu, že pri difúznom žíhaní sa celá hliníková vrstva přetvoří na TiAU a je obtiažne modifikovat rožne zloženie žiaruvzdornej vrstvy po jej priereze.

Uvedené nevýhody odstraňuje sposob priamej tvorby TiAl3 vrstvy na titáne a jeho zliatinách podlá vynálezu, ktorého podstatou je, že sa substrát z titánu alebo jeho zliatin s vrstvou AI ohřeje v iónovo plátovacom zariadení na teplotu z intervalu 600 až 660 stupňov Celsia, a to tak, že na substrát po vytvoření AI vrstvy sa dalej posobí iónmi v tlejivom výboji inertného plynu, pričom substrát je katodou tohto tlejivého výboja pri tlaku argonu z intervalu 10^_2 až 10² Pa po dobu minimálně 1 hodiny.

Týmto sposobom sa vytvára na substráte difúzna vrstva TiAl3, ktorej štruktúrne vlastnosti možno ovplyvňovať změnou parciálneho tlaku inertného plynu, prúdovou hustotou na substráte a rýchlosťou odparovania hliníka.

Přednost tohto sposobu oproti už spomenutému sposobu, v ktorom k premene AI na TiAh dochádza po dodatočnom difúznom žíhaní mimo vákuovú komoru, je v tom, že k vzniku TiAU dochádza pri jednom procese priamo vo vákuovej komoře bez nutnosti přerušit proces, čo je z hladiska časového i energetického výhodné ako aj to, že daným sposobom méžme modifikovat zloženie vrstvy po jej priereze, například T1AI3 + + AI.

Ďalej, ako je to uvedené v 2. příklade, proces vytvárania TiAU vrstvy možme viesť aj tak, že sa najprv vytvoří TiAU vrstva o určitej hrúbke, na ktorú sa v dalšom vo vákuu vytvára AI vrstva. Keďže tento dej prebieha pri jednom procese, bez zavzdušnenia vákuovej komory, neexistuje možnost vytvorenia protidifúznej bariéry na povrchu substrátu. Táto skutečnost spolu s experimentálně overenou vlastnosťou TiAU a to, že koeficient AI v TiAU je ne ©vela vyšší než AI v Ti, poskytuje možnost vytvárať TiAU vrstvu aj pri nižších teplotách než 600 °C za kratší čas.

Sposobom podlá vynálezu sa na titáne a jeho zliatinách vytvárajú difúzne vrstvy z intermetalickej zlúčeniny TiAU, připadne TiAU + AI, ktorých mikrotvrdosť je 11 000 až 15 000 N . Takto vytvořené vrstvy znižujú koeficient trenia v porovnaní so zliatinami z titánu o 400 % a opotrebenie zisťované metodou merania hmotnostného úbytku až o 800 °/o. Koróznymi skúškami za vysokých teplot bolo zistené, že vrstva TiAU dlhodobe odolává oxidácii na vzduchu pri teplotách do 900 °C.

Příklady prevedenia

Příklad 1

Sposob vytvárania TiAU vrstvy na titáne alebo jelio zliatinách podlá vynálezu je charakterizovaný vytvořením AI vrstvy na substráte v iónovo plátovacom zariadení pri tlaku 1. 10“¹ Pa, pričom substrát tvoří katodu. Před samotným odpařováním AI pomocou elektronového lúča pri jeho výkone 2 kW, prebieha takzvané čistenie ako aj ohrev substrátu v Ar výboji, ktorý prebieha nasledujúco. Cez niapúšťací ventil do vákuovej komory je pripúštaný Ar na tlak 3 Pa. Po dosiahnutí tohto tlaku je v nasledujúcom kroku nastavené na substráte záporné napatie 2,5 kV, oproti uzemnenej vákuovej komoře. Prostredníctvom regulácie napatia na substráte sa pri daných parametroch vytvoria také podmienky výboja v Ar (prúdová hodnota 0,1 až 3,0 mA.cnr²), aby sa počas 30 minút povrch substrátu odplynil, dalej z jeho povrchu sa odstránili tenké 0xidické filmy a zároveň sa substrát ohrial na teplotu přibližné 600 °C. Vzhladom na sposob predúpravy povrchu substrátu vo vákuovej komoře před odpařením AI a tiež to, že jeho povrch je počas rastu AI vrstvy bombardovaný ionizovanými časticami Ar, sú vytvořené podmienky pre mikrodifúziu AI do substrátu, čím vzniká vrstva tvořená intermetalickou zlúčeninou TiAU a AI. Běžně požadovaná hrúbka takto vytvorenej vrstvy je přibližné 10 μΐη, pričom hrúbka TiAU vrstvy činí přibližné 3 ^m, zbytok je AI.

Příklad 2

V druhom příklade sú uvedené podmien249917 ky vytvorenia TiAb vrstvy na titáne alebo jeho zliatinách. Proces čistenia substrátu v Ar výboji je zhodný s podmienkami uvedenými v příklade 1. Rozdiel je v tom, že sa najprv na takýto očištěný povrch substrátu odpaří pomocou elektronového lúča pri jeho výkone 2 kW Al vrstva o hrúbke přibližné 3 ^m. V dalšom sa povrch substrátu s Al vrstvou vystaví bombardovaniu ionizovanými časticami Ar vo vákuovej komoře pri tlaku 3 Pa a zápornom napatí na substráte 2,5 kV po dobu minimálně 20 minút. Týmto dochádza jednak k odprašovaniu Al vrstvy z povrchu substrátu a zároveň aj k ohřevu substrátu na teplotu vyššiu než 600 °C, čím sú vytvořené podmienky, aby zbytok Al vrstvy nadifundoval do povrchu substrátu za vzniku TiAk vrstvy. V dalšom kroku je cpal odpařovaný Al pomocou elektronového lúča pri jeho výkone 2 kW a pri tlaku 1.10'¹ Pa, pričom dochádza k následnej dif úžil Al cez vrstvu TiAk do povrchu substrátu, kde reaguje s Ti na TiAk.

Vyššie uvedené vlastnosti vrstiev TiAk predurčujú použitie predmetov z Ti alebo jeho zliatin povrchovo upravených podlá vynálezu, například v prostředí floridov, morskej vody a tiež na konštrukčné spoje v kombinácii s Al bez nebezpečia vzniku takzvaného titánového zvaru pri zvýšených prevádzkových teplotách a tiež na pohybové mechanizmy. Ako příklad možno uviesť čínok textilného stroja. Z důvodu zrýchlujúcej, respektive brzdiacej sily záleží na tom, aby hmotnost činku bola čo najnižšia. Preto na výrobu čínkov sa používajú Al alebo Mg zliatiny. Tieto zliatiny v niektorých prípadoch nemajú dostatočnú pevnost a preto ako další konštrukčný materiál prichádza do úvahy Ti a jeho zliatiny. Ti sa ale vyznačuje velkou náchylnosťou k zadieraniu a preto jeho povrch je potřebné upravit. jednou z ciest zníženia náchylnosti Ti a jeho zliatin k zadieraniu je jeho povrchová úprava podlá vynálezu.

Claims (1)

1. PREDMET

   Sposob priamej tvorby vrstvy TiAk v povrchovej vrstvě titánu a jeho zliatin vyznačený tým, že na substrát z titánu alebo titánovej zliatiny a hlinikovú vrstvu, ktorá bola na povrchu tohto substrátu připravená v iónovo plátovacom systéme za zníženého tlaku z intervalu 10~² až 10² Pa, sa bezprostredne po príprave hliníkovej vrstvy působí plazmou tvořenou inertným plynom pri tlaku z intervalu 10^-2 až 10² Pa v iónovo plátovacom zariadení po dobu minimálně 1 hodiny pri teplote substrátu v intervale 600 až 660 °C.