PL166281B1 - Sposób nanoszenia powlok azotku na czesci z tytanu i stopów tytanu PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób nanoszenia powlok azotku na czesci z tytanu i stopów tytanu przez cieplno- chemiczna obróbke czesci amoniakiem albo mieszaninami gazowymi zawierajacymi amo- niak, pod cisnieniem i w temperaturze powyzej 500°C, znamienny tym, ze obróbke przeprowa- dza sie w temperaturze 500- 1000°C i pod cis- nieniem 0,5 - 7 MPa, przy czym cisnienie czast- kowe amoniaku utrzymuje sie na poziomie co najmniej 0,2 MPa. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nanoszenia powłok azotku na części z tytanu i stopów tytanu przez cieplno-chemiczną obróbkę części amoniakiem albo mieszaninami gazowymi zawierającymi amoniak.

Tytan jako tworzywo konstrukcyjne wykazuje w porównaniu ze stalą pewne korzyści, które wynikają z jego małego ciężaru właściwego, jego odporności na korozję oraz wysokiej wytrzymałości. Temu przeciwstawia się względnie mała twardość, z czym związanajest konieczność obróbki powierzchni, jeżeli należy zwiększyć odporność na ścieranie. Ta obróbka powierzchni polega z reguły na wytworzeniu powłok z węgliku tytanu albo azotku tytanu. W dotychczas znanych sposobach azotowania części z tytanu i stopów tytanu stosuje się wysokoenergetyczne gazy albo pola elektromagnetyczne. Te sposoby są bardzo nakładochłonne i można je stosować tylko w przypadku prostej geometrii obrabianych części.

W opisie patentowym RFN nr DE-PS 17 96 212 wzmiankowane jest utwardzanie powierzchni tytanu przez wytworzenie powłok azotku w atmosferze amoniaku w wyższych temperaturach pod normalnym ciśnieniem. Przy tym powinny powstawać względnie grube i twarde powłoki, jednakże sposób ten nie znajduje zastosowania w praktyce, ponieważ przez dyfuzję wodoru ma miejsce kruchość rdzenia elementu konstrukcyjnego.

W opisie zgłoszeniowym europejskiego patentu nr EP-OS 0 105 835 opisany jest sposób wytwarzania powłok azotku na elementach konstrukcyjnych z tytanu i stopów tytanu, w którym to sposobie elementy konstrukcyjne poddaje się w autoklawie działaniu ciśnień 10 do 300 MPa i temperatur 200- 1200°C w na przykład atmosferze amoniaku. Przy tym amoniak musi być o wysokiej czystości. Azotowanie następuje przeważnie przy 90-130 MPa i w temperaturze 9301000°C. Sposób ten wykazuje tę niedogodność, że przez zastosowanie autoklawu i amoniaku o wysokiej czystości, jest bardzo kosztowny, a powłoki o grubości 20 pm są osiągalne dopiero w przeciągu trzech i więcej godzin.

Zadaniem wynalazku było opracowanie sposobu nanoszenia powłok azotku na części z tytanu i stopów tytanu przez cieplno-chemiczną obróbkę części amoniakiem albo mieszaninami gazowymi zawierającymi amoniak pod ciśnieniem i w temperaturze powyżej 500°C, który jest korzystny odnośnie kosztów i umożliwia wytwarzanie powłok azotku o grubości 20μιη i większej, we względnie krótkich okresach czasu.

Zadanie to rozwiązano według wynalazku w ten sposób, że obróbkę części z tytanu i stopów tytanu przeprowadza się w temperaturze 500-1000°C i pod ciśnieniem 0,5-7 MPa, przy czym ciśnienie cząstkowe amoniaku utrzymuje się co najmniej na poziomie 0,2 MPa.

Szczególnie korzystna okazała się temperatura wynosząca 700 - 950°C i ciśnienie 0,5 - 7 MPa, przy czym ciśnienie cząstkowe amoniaku musi wynosić co najmniej 0,2 MPa.

Tym sposobem ciśnieniowym według wynalazku elementy konstrukcyjne z tytanu i stopów tytanu o dowolnej geometrii i wielkości zaopatruje się w odpowiednich piecach komorowych w

166 281 powłoki azotku o grubości 20pm i większej. Niespodziewanie nie są tu wymagane gazy o wysokiej czystości, lecz wystarcza normalna handlowa jakość amoniaku. Oprócz tego możliwe jest domieszkowanie azotu do amoniaku, przy czym dla procesu azotowania wymagane jest jedynie ciśnienie cząstkowe amoniaku wynoszące co najmniej 0,2 MPa.

Grubość powłoki wytwarzającego się azotku tytanu zależna jest w dużych zakresach ciśnień od temperatury i czasu obróbki. Otrzymana powierzchnia jest błyszcząca jak złoto i powoduje wyraźne zwiększenie twardości. Przy ciśnieniach w zakresie powyżej 6 MPa grubość powłoki jest prawie niezależna od ciśnienia.

Przykład wykonania omawianego wynalazku: Załączony rysunek przedstawia wykształcanie się powłoki azotku tytanu na częściach z czystego tytanu w zależności od ciśnienia i temperatury atmosfery zawierającej amoniak.

Już w temperaturze wynoszącej na przykład 500°C przy absolutnym ciśnieniu wynoszącym 2 MPa (20 barów) po upływie 1 godziny grubość powłoki TiN wynosi 10pm. Przy temperaturze wynoszącej 880°C w tym czasie tworzy się czysta powłoka TiN o grubości 20 fjm..

Przy ciśnieniu wynoszącym 6 MPa (60 barów) tworzy się powłoka TiN o grubości na przykład 30 pm, gdy próbki utrzymuje się przez godzinę w temperaturze 880°C.

Przy dalej wzrastającym ciśnieniu do 9 MPa (90 barów) maleje wpływ ciśnienia na grubość powstającej powłoki TiN. Wzrost nie jest już liniowy. Przy jeszcze wyższych ciśnieniach z powodu szybko tworzącej się szczelnej powłoki TiN tylko jeszcze dyfuzja azotu przez powłokę jest czynnikiem określającym czas.

Również stopy tytanu, jak np. TiA16V4 można azotować jak czysty tytan.

Dla tworzenia się tych powłok w sposobie według wynalazku nie jest potrzebny autoklaw, lecz obróbkę prowadzi się w znajdujących się w handlu piecach komoro wych.

-e-°C/1h -e- °C/1h

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób nanoszenia powłok azotku na części z tytanu i stopów tytanu przez cieplnochemiczną obróbkę części amoniakiem albo mieszaninami gazowymi zawierającymi amoniak, pod ciśnieniem i w temperaturze powyżej 500°C, znamienny tym, że obróbkę przeprowadza się w temperaturze 500 - 1000°C i pod ciśnieniem 0,5 - 7 MPa, przy czym ciśnienie cząstkowe amoniaku utrzymuje się na poziomie co najmniej 0,2 MPa.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę przeprowadza się w temperaturze 700-950°C