PL167996B1 - Sposób wytwarzania powłok węglotytanowych na wyrobach zawierających żelazo - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania powłok węglotytanowych na wyrobach zawierających żelazo, znamienny tym, że do roztworu czterochlorku tytanu w ciekłym węglowodorze wprowadza się zaktywizowany powierzchniowo przedmiot metalowy i po odparowaniu nadmiaru węglowodoru, przez roztwór przepuszcza się wodór, aż do zaniku chlorowodoru w gazach odlotowych.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania powłok węglotytanowych na wyrobach zawierających żelazo, stanowiących półprodukt do otrzymania warstwy z węglika tytanu połączonej z podłożem.

Według ^znanych dotychczas sposobów otrzymywania powłok węglotytanowych metodami chemicznymi, powłoki węglotytanowe uzyskuje się z fazy gazowej techniką CVD (Chemical Vapour Deposition) z mieszaniny gazowej czterochlorku tytanu, węglowodoru i wodoru, w temperaturach powyżej 1000°C. Wysoka temperatura prowadzenia procesu uniemożliwia zastosowanie tej metody do nakładania warstw węglotytanowych na podłożu ze stali ulepszonym cieplnie. Według A. Munster W. Ruppoert w Zeitschrift fur Electrochemie, 57,1953,564, P. Schwarzkopf, P. Kieffer i inni w Refractory Hard Metals, Macmillan New York 1953, G. V. Samsonov w Refractory Carbides, Ed Consultants Bureau, New York, 1974, i J. E. Sundgren, H. T. G. Hentzell w Journal of Vacuum Science and Technology, A.4(5), 1986, 2259 nakładanie warstw ochronnych na wyroby ze stali wymaga stosowania temperatur poniżej 600°C, zależnie od gatunku.

Znane prace S. Kimura, K. Kobayashi et al.: Shinku, 1987, 30, 234 oraz S. Eisenberga: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 1989, 20, 12, 429, których jednym z celów było obniżenie temperatury procesu, doprowadziły do opracowania technik CVD wspomaganych plazmą, platerowaniem jonowym M. Fukutomi, M. Fujitsuka: Thin Solid Films. 1984, 120, 283,

M. Kobayashi, Y. Doi: Thin Solid Films 1978, 54, 67, wyładowaniem jarzeniowym M Kaminsky, R. Nielsen: Thin Solid Films. 1981, 83, 107, wyładowaniem jarzeniowym z użyciem związków metaloorganicznych R. Morancho, G. Constant, J. J. Ehrhardt: Thin Solid Film. 1981, 77, 155,

A. Kaloyeros, M. Hoffman, W. S. Williams: Thin Solid Films. 1986, 141, 237, A. Kaloyeros, W. S. Williams, C. M. Allocca, D. M. Pollina, G. S. Girolami: Advanced Ceramic Materials. 1987, 2(3A), 257, oraz metod PVD (Physical Vapour Deposition) W. B. Chou, M. N. Azer, J. Mazumder: Journal of Applied Physics. 1989, 66, 1, 191, M. Kabbaj, J. Durland, L. Cot: Vide Couches Minces. 1988, 43, 244, 591, W. W. Carson: J. Vac. Sci. Technol. 1975, 12, 845, W. D. Sproul, M. H. Richman: Thin Solid Films. 1975, 28, 39. Większość tych technik wymaga stosowania kosztwonych urządzeń lub nie jest możliwa do zastosowania w przypadku stali ulepszonych cieplnie.

Nieoczekiwanie okazało się, że powyższe trudności można ominąć i osadzić powłokę węglotytanową na wyrobach zawierających żelazo w procesie przebiegającym w niskich temperaturach.

Sposób według wynalazku polega na tym, że do roztworu czterochlorku tytanu w ciekłym węglowodorze wprowadza się zaktywizowany powierzchniowo wyrób zawierający żelazo i po odparowaniu nadmiaru węglowodoru przez roztwór przepuszcza się wodór, aż do zaniku chlorowodoru w gazach odlotowych. Odparowanie nadmiaru węglowodoru prowadzi się w temperaturze

167 996 3 od 20°C do temperatury wrzenia roztworu węglowodoru pod ciśnieniem równoważnym ciśnieniu atmosferycznemu.

Korzystnie jeśli w sposobie według wynalazku stosuje się alifatyczne i/lub aromatyczne węglowodory oraz ich chlorowcopochodne.

Korzystne efekty uzyskuje się jeśli powierzchniową aktywizację wyrobów zawierających żelazo prowadzi się na drodze utleniania lub ich azotowania w temperaturze do 600°C.

Zaletą sposobu według wynalazku jest stosowanie niskich temperatur procesu od 20°C do temperatury wrzenia węglowodorów. Jest to zatem proces nieenergochłonny.

Ponadto sposób według wynalazku nie wymaga kosztownych urządzeń tak jak np.: w technikach CVD wspomaganych plazmą, platerowaniem jonowym czy wyładowaniem jarzeniowym lub w metodach PVD.

Proces według wynalazku umożliwia także wytwarzanie powłok węglotytanowych na podłożu wrażliwym na wysoką temperaturę np. na wyrobach ze stali ulepszanych cieplnie, które w przypadku zastosowania metod wysokotemperaturowych traciłyby swoje właściowości.

Sposób według wynalazku ilustrują niżej podane przykłady.

Przykład I. Do szklanego reaktora, zaopatrzonego w chłodnicę zwrotną, wprowadzono w atmosferze argonu 10 cm³ TiCU i 30 cm³ n-heksanu. Otrzymany roztwór podgrzano do temperatury wrzenia. W trakcie procesu w gazie wylotowym stwierdzono obecność gazowego chlorowodoru. Następnie do roztworu wprowadzono próbkę żelaza Armco, utlenionego wstępnie w temperaturze 400°C w atmosferze powietrza, po czym odparowano nadmiar n-heksanu. Po odparowaniu nadmiaru n-heksanu przez roztwór przepuszczano, techniką barbotażu wodór, aż do zaniku chlorowodoru w gazach odlotowych.

Przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej w materiale wyjściowym stwierdzono obecność: αżelaza, tlenek żelaza (III), natomiast w próbce po nałożeniu powłoki stwierdzono obecność: α-żelaza, tlenek żelaza (III), węgiel aktywny, węglik żelaza, węglik tytanu, Fe-Ti-O oraz grupę refleksów niezinterpretowanych. Refleksom niezinterpreptowanym przyporządkowano struktury periodyczne o okresach identyczności 1140-1150 pm, 1240-1250 pm, 905-910 pm. Analiza chemiczna badanego materiału metodą fluoroscencji rentgenowskiej wykazała obecność tytanu i chloru.

Przykładu. Do szklanego reaktora, zaopatrzonego w chłodnicę zwrotną, wprowadzono w atmosferze ochronnej argonu 10 cm3 TiCU i 40 cm3 benzenu. Otrzymany roztwór podgrzano do temperatury wrzenia. W gazie wylotowym stwierdzono obecność gazowego chlorowodoru. Następnie do roztworu wprowadzono próbkę żelaza Armco, utlenionego wstępnie w temperaturze 400°C w atmosferze powietrza, po czym odparowano nadmiar benzenu. Od chwili odparowania nadmiaru benzenu przez roztwór przepuszczano, techniką barbotażu wodór, aż do zaniku chlorowodoru w gazach odlotowych.

Przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej w materiale stwierdzono obecność: α-żelaza, Fe-Ti-O, węgiel aktywny oraz grupę refleksów niezinterpretowanych, którym przyporządkowano struktury periodyczne o okresach identyczności 1110-1120 pm, 1850-1860pm. Analiza chemiczna badanego materiału metodą fluoroscencji rentgenowskiej wykazała obecność tytanu i chloru.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania powłok węglotytanowych na wyrobach zawierających żelazo, znamienny tym, że do roztworu czterochlorku tytanu w ciekłym węglowodorze wprowadza się zaktywizowany powierzchniowo przedmiot metalowy i po odparowaniu nadmiaru węglowodoru, przez roztwór przepuszcza się wodór, aż do zaniku chlorowodoru w gazach odlotowych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odparowanie węglowodoru prowadzi się w temperaturze od 20°C do temperatury wrzenia roztworu węglowodoru, pod ciśnieniem równoważnym ciśnieniu atmosferycznemu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się alifatyczne i/lub aromatyczne węglowodory oraz ich chlorowcopochodne.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchniową aktywizację wyrobów zawierających żelazo prowadzi się na drodze utleniania lub ich azotowania w temperaturze do 600°C.