CS253852B1 - Způsob desoxidace termicky nanášených vrstev - Google Patents

Abstract

Způsob desoxidace termicky nanášených vrstev patří do oboru povrchových úprav materiálu. Způsobu desoxidace může být využito v oblasti termických nástřiků, práškové metalurgie a difůzního svařování. Řeší zvyšování adhezních vlastností termicky stříkaných kovových povlaků na kovovém podkladu tím, že nastříkaná součást se žíhá ve vakuu za přítomnosti par prvků majících vyšší afinitu ke kyslíku než mají materiály povlaku a podkladu (například povlak Cu na podkladu Ni v parách Zn, povlak Al na podkladu Cu v parách Mg). Tím se v rozhraní mezi povlakem a podkladem odstraní oxidická bariéra a vytvoří se podmínky k rozvoji difúzních procesů mezi oběma materiály soustavy i v povlaku samotném. Průběh difúze pak mění typ spojení povlaku s podkladem z adhezního na difúzní a zvyšuje přilnavost povlaku.

Description

Nevýhodou termicky stříkaných povlaků je však jejich malá přilnavost (adheze) k základnímu materiálu součásti. Tato vlastnost limituje v podstatě životnost stříkaných součástí nebo celých skupin. Výrobci zařízeni pro nástřik řeší tuto otázku zvyšováním dopadové rychlosti natavených částic přídavného materiálu. Dalším užívaným způsobem zvýšení adheze je tepelné zpracování v pecích s běžnou atmosférou při stanovené teplotě (žíhání). Toto tepelné zpracování však neumožňuje rozvinout difúzní pochody na rozhraní nástřik-základní materiál v podstatné míře, takže i zvýšení adhezní pevnosti je nepodstatné.

Termickými nástřiky jsou na povrch kovových dílců nanášeny kovové přídavné materiály, které na dílci tvoří ochranné povlaky. Během stříkání procházejí tyto materiály ve formě prášků nebo drátu silným zdrojem tepla (plamenem, elektrickým obloukem, plazmovým sloupcem aj.), kde jsou ohřátý na vysokou teplotu a částečně nebo zcela nataveny. Natavené částice jsou při průletu prostředím k povrchu základního materiálu různou měrou (závislou na použité technologii stříkání) oxidovány. Po nárazu na materiál, na nějž jsou nanášeny, se částice výrazně deformují, a to tím více, čím je jejich rychlost větší a čím výše jsou ohřátý. Nastříkaná vrstva má zřetelnou vrstvenou strukturu prostoupenou častými póry a plenami kysličníků. Protože i povrch stříkaného materiálu je přirozeně oxidován, dochází ke kovovému styku mezi nanášenými částicemi a materiálem jen v takových místech, ve kterých byl kysličnikový povrch kovu i částice mechanicky rozrušen při dopadu částice na stříkaný povrch. To ovšem způsobuje, že adhezní vlastnosti nástřiku jsou ve srovnání s pevností základního materiálu nízké. Nízké hodnoty pevnosti má i sama nastříkaná vrstva, která může vlivem dilatačního pnutí praskat nebo se i odlupovat z povrchu základního materiálu.

Navržený a laboratorně ověřený způsob desoxrdace řeší zvýšení adheze i koheze kovových povlaků stříkaných na kovovou podložku tím, že odstraňuje oxidické pleny na rozhraní nástřik-základní materiál i v nástřiku samotném, vznikající během procesu stříkání. Podle stability oxidů tvořících oxidické vrstvy dochází k rozkladu oxidů za určité teploty a určitého parciálního tlaku kyslíku a to již ve vzdušném vakuu, např. NiO. Oxidy stabilnější je možno rozložit ve vakuu redukční atmosférou tvořenou parami kovů, majících větší afinitu ke kyslíku než má materiál povlaku a podložky. Kyslík z rozkládaných oxidů se přednostně váže na páry těchto kovů a vytváří s nimi stabilnější oxidy než jsou původní oxidy kovů povlaku a podložky. Desoxidaci rozhraní jsou vytvořeny předpoklady pro těsný kontakt atomů kovů povlaku a základního materiálu. Při vhodně volených podmínkách (tj. určité teplotě, podtlaku, času a složení atmosféry) dochází k rozložení kysličníků a k difúzi atomů základního materiálu do materiálu povlaku a materiálu povlaku přes rozhraní do základního materiálu. Metoda je použitelná pro zpracování kovových povlaků na kovové podložce vytvořených libovolnou technologií žárového stříkání.

Uvedeným způsobem tepelného zpracování soustavy nástřik-základní materiál je dosaženo zcela nové kvality spoje: spojení převážně adhezního typu se mění na spojení difúzní. V praxi to znamená, že adheze (přilnavost) povlaku se podstatně zvýši (jak prokázaly laboratorní zkoušky).

Pro praktickou aplikaci uvedené metody je nutno tepelné zpracování provádět ve vakuové peci s možností regulovat teploty v rozsahu 200-1 000 °C ±2 °C. Současně s žíhanou nastříkanou součástí je v peci (podle stability oxidů v povlaku a rozhraní) taven kov vytvářející páry, na které se váže kyslík z atmosféry pece i kyslík z rozložených oxidů. Tim se dále snižuje parciální tlak kyslíku v peci. Po rozložení oxidické bariéry dochází během určité doby (závislé na kombinaci materiálů povlaku a podložky) k difúzním pochodům.

Příklady desoxidace:

1. Materiál povlaku: CuSNg (cínový bronz)

Základní materiál: Ni

Atmosféra: páry Zn Teplota žíhání: 500 °C Doba žíhání: 1 h Podtlak řádově: 10 ⁴ Pa

Při tomto žíhání probíhá reakce rozkladu kysličníku Cu₂0 z povlaku podle rovnice:

CUjO + Zn -r 2 Cu + ZnO

NiO z podložky je méně nestabilní a rozkládá se v prostém vakuu. Nově vzniklý kysličník zineč natý je stabilnější než Cu₂0.

2. Materiál povlaku: Al Základní materiál: Cu Atmosféra: páry Mg

Povlak 2 A1₂O₃ + 6 Mg ► 4 Al + 2 MgO

Podložka: Cu₂O + Mg ——» 2 Cu + MgO

3. Materiál povlaku: ocel Základní materiál: ocel Atmosféra: páry Ti

Fe₃O₄ + 2 Ti -> 3 Fe + 2 TiO₂

Tohoto způsobu desoxidace může být využito v oblasti termických nástřiků, práškové metalurgie a difúzního svařování.

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob desoxidace termicky nanášených kovových povlaků na povrch kovových součástí, například povlaku mědi na niklu, nebo hliníku na mědi, žíháním za vyšších teplot, vyznačující se tim, že během žíhání se na nástřiky působí ve vakuu aktivní atmosférou par kovů s vyšší afinitou ke kyslíku než mají materiály nastřlkovaného povlaku a podkladu.