CZ279472B6 - Způsob nanášení nitridových vrstev na titan - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu nanášení nitridových vrstev na titan a jeho slitiny. Tloušťky vrstvy 20 .sub./.n.um se dosáhne tlakovou nitridací v atmosféře amoniaku při teplotě 500 až 1000 .sup.o.n.C a tlaku 0,2 až 10 MPa.ŕ

Description

Řešení se týká způsobu nanášení nitridových vrstev na titan a jeho slitiny. Tloušťky vrstvy 20 /um se dosáhne tlakovou nitridací v atmosféře amoniaku při teplotě 500 až 1000 °C a tlaku 0,2 až 10 MPa.

CO PQ o

0) N N

N O

f.

Způsob nanášení nitridových vrstev na titan a jeho slitiny

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu nanášení nitridových vrstev na titan a jeho slitiny termochemickým zpracováním dílů s amoniakem nebo se směsmi obsahujícími amoniak za tlaku a při teplotách nad 500 ’C.

Dosavadní stav techniky

Titan má jako konstrukční materiál oproti oceli některé výhody, které vyplývají z nepatrné specifické hmotnosti, odolnosti vůči korozi a vysoké pevnosti. Proti tomu stojí relativně nepatrná tvrdost, kvůli které je nutno provádět povrchové zpracování v případě,že se má zvýšit odolnost vůči opotřebení. Toto povrchové zpracování spočívá zpravidla ve výrobě vrstvy karbidu titanu nebo nitridu titanu. Při dosud známých způsobech nitridace dílů z titanu a titanových slitin se tyto zpracovávají vysokoenergetickými plyny nebo elektromagnetickými poli. Tyto způsoby jsou velmi nákladné a jsou použitelné pouze pro jednoduchou geometrii zpracovávaných dílů.

V DE-PS 17 96 212 je uvažováno povrchové tvoření titanu vytvořením nitridové vrstvy v atmosféře amoniaku při zvýšených teplotách a za normálního tlaku. Ačkoliv při tom vznikají relativně silné a tvrdé vrstvy, nenalezl tento způsob v praxi žádné použití, protože difúzí vodíku nastává zkřehnutí jádra stavebního dílu.

V EP-OS 0 105 835 byl popsán způsob výroby nitridových vrstev na stavebních částech z titanu a titanových sloučenin,při kterém se stavební díly vystaví v autoklávu tlaku v rozmezí 10 až 500 MPa a teplotám v rozmezí 200 až 1 200 °C například v atmosféře amoniaku. Musí se přitom používat amoniak o vysoké čistotě. Výhodně probíhá nitridace při tlaku v rozmezí 90 až 130 MPa a teplotě v rozmezí 930 až 1 000 C. Uvedený způsob má tu nevýhodu, že vzhledem k použití autoklávu a vysoce čistého amoniaku je velmi nákladný a vrstvy o síle 20 Mm jsou dosažitelné v časovém úseku tří a více hodin.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu tedy je vypracování způsobu nanášení nitridových vrstev na díly z titanu a titanových slitin termochemickým zpracováním dílů s amoniakem nebo s plynnými směsmi amoniak obsahujícími pod tlakem a při teplotách nad 500 °C, který by byl cenově výhodný a který by umožňoval přípravu vrstev o síle 20 Mm a více v relativně krátkém časovém úseku.

Shora uvedený úkol byl podle předloženého vynálezu vyřešen tak, že se zpracování provádí při teplotách v rozmezí 500 až 1 000 °C a tlaku v rozmezí 0,2 až 10 MPa, přičemž parciální tlak amoniaku se udržuje alespoň na 0,2 MPa.

-1CZ 279472 B6

Obzvláště výhodné jsou teploty v rozmezí 700 až 950 C a tlaky v rozmezí 0,5 až 7 MPa, přičemž parciální tlak amoniaku je třeba udržovat na alespoň 0,2 MPa.

Pomocí uvedeného tlakového způsobu se mohou stavební díly z titanu a titanových slitin libovolné geometrie a velikosti opatřit v odpovídajících komorových pecích dostatečnými nitridovými vrstvami o síle 20 Mm a více. Překvapivě zde nejsou potřebné vysoce čisté plyny, ale postačí normální obchodní kvalita amoniaku. Kromě toho je možné přimísit k amoniaku dusík, přičemž pro nitridační proces je potřebný pouze parciální tlak amoniaku, alespoň 0,2 MPa.

Síla vrstvy vytvořeného nitridu titanu je v široké oblasti tlaku závislá na teplotě a době zpracování. Povrch je zlatě lesklý a způsobuje signifikantní zvýšení tvrdosti. Při tlacích nad 6 MPa je tloušťka vrstvy prakticky nezávislá na tlaku.

Přehled obrázků na výkrese

Na připojeném výkrese je znázorněno vytvoření titannitridové vrstvy na dílech z čistého titanu v závislosti na tlaku a teplotě atmosféry obsahující amoniak, na ose x je nanesen absolutní tlak v MPa a na ose y tloušťka nitridové vrstvy v Mm.

Příklady provedení vynálezu

Již při teplotách například 580 °C byla při tlaku 2 MPa naměřena po jedné hodině tloušťka titannitridové vrstvy 8 Mm. Při teplotě 880 °C byla tloušťka nitridové vrstvy po této době 20 Mm.

Při tlaku 6 MPa se vytvořila nitridová vrstva o tloušťce 30 Mm, když se vzorky ponechaly při teplotě 880 °C po dobu jedné hodiny.

Při dále stoupajícím tlaku až na 9 MPa klesá vliv tlaku na tloušťku vytvořené nitridové vrstvy. Přírůstek již není lineární. Při ještě zvýšených tlacích je na základě rychle vytvořené hutné vrstvy nitridu difúze dusíku přes tuto vrstvu již pouze časovým faktorem.

Stejně jako čistý titan je možno nitridovat i jeho slitiny, například TiAl₅V₄.

Pro vytváření uvedených vrstev není potřebný žádný autokláv, toto zpracování se může provádět v běžné komorové peci.

-2CZ 279472 B6

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (2)

1. Způsob nanášení nitridových vrstev na titan a jeho slitiny termochemickým zpracováním dílů s amoniakem nebo s plynnými směsmi obsahujícími amoniak pod tlakem a při teplotě vyšší než 500 °C, vyznačující se tím, že se zpracování provádí při teplotě v rozmezí 500 až 1 000 ’C a tlaku 0,2 až 10 MPa, přičemž parciální tlak amoniaku se udržuje na alespoň 0,2 MPa.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se zpracování provádí při teplotě 700 až 950 C a tlaku 0,5 až 7 MPa, přičemž parciální tlak amoniaku se udržuje na alespoň 0,2 MPa.