PL212418B1 - Sposób plazmowego wytwarzania powłok poprawiających właściwości mechaniczne powierzchni metalowych - Google Patents

Abstract

Sposób, zgodnie z którym w próżni wytwarza się plazmę w wyniku jonizacji gazu reaktywnego, złożonego z części niemetalicznej, jak wodór i/lub azot i/lub węgiel oraz części metalicznej tworzonej przez jony metali pochodzące z elektrod, którą to jonizację wywołuje się w temperaturze od 100°C do 550°C, w warunkach wyładowań elektrycznych oraz przyśpiesza się jony plazmy w kierunku wsadu przez przyłożenie między wsad i obudowę pieca napięcia zmiennego lub stałego, polega na tym, że do plazmy dodatkowo wprowadza się z zewnątrz pieca część metaliczną gazu reaktywnego w postaci związków metaloorganicznych, takich jak dimethylaluminium o wzorze (CH3)2AlH i/lub hexakisdimethylamidoaluminium o wzorze Al2[N(CH3)2]6 i/lub dimethylethylaminealane o wzorze AlH3N(CH3)2C2H5, a najkorzystniej trimetyloaluminium o wzorze Al(CH3)3. Do plazmy można dodatkowo wprowadzać z zewnątrz pieca część obojętną gazu reaktywnego, jak gazy szlachetne i/lub wodór i/lub azot i/lub węgiel.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób plazmowego wytwarzania powłok poprawiających właściwości mechaniczne powierzchni metalowych, takich jak twardość, odporność na utlenianie i tarcie.

Znany jest sposób plazmowego wytwarzania powłok poprawiających właściwości mechaniczne powierzchni metalowych, polegający na tym, że w próżniowym piecu wytwarza się plazmę w wyniku jonizacji gazu reaktywnego wywołanej wysoką temperaturą i wyładowaniami elektrycznymi między metalową elektrodą/dami a obrabianą powierzchnią metalową zwaną dalej wsadem. W celu przyśpieszenia jonów plazmy w kierunku wsadu między wsad i obudowę pieca przykłada się napięcie zmienne lub stałe. Do przestrzeni obróbczej wprowadza się niemetaliczną część gazu reaktywnego jak wodór, i/lub azot, i/lub węgiel oraz niekiedy obojętną część gazu reaktywnego złożoną z gazów szlachetnych, natomiast metaliczną część gazu reaktywnego tworzą jony metali, których źródłem są elektroda/dy dobrane w zależności od rodzaju powłoki, jaka ma być wytworzona. W wyniku dyfuzji jonów metali i jonów pochodzą cych z niemetalicznej część gazu reaktywnego w obrabianą powierzchnię tworzy się na niej powłoka złożona z węglików metali aktywnych.

Uzyskanie materiałów powłok o złożonym składzie np. TiAIN, TiCrN wymagało stosowania specjalnie konstruowanych elektrod segmentowych, proszkowych, lub stopowych będących źródłem pierwiastka metalicznego. Taki sposób nie dawał możliwości regulowania zawartości jonów metali aktywnych w plazmie w dostatecznie dużym zakresie. Ilość składnika metalicznego wchodzącego w skł ad tworzonej powłoki była ograniczona przez kompozycję elektrody metalicznej. Dla zwiększenia tego zakresu należało stosować większą liczbę elektrod o różnym składzie, co wymagałoby każdorazowo przeprojektowywania pieca. Ponadto, w ofercie handlowej jest ograniczona liczba elektrod. Natomiast zamawianie elektrod o ściśle określonym składzie wiązało się z dodatkowymi kosztami.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu o dostatecznie dużym zakresie regulacji zawartości jonów metali aktywnych w plazmie umożliwiającym wytwarzanie powłok o różnym składzie jakościowym i ilościowym, bez potrzeby przeprojektowywania pieca.

Istota sposobu według wynalazku, zgodnie z którym w próżni wytwarza się plazmę w wyniku jonizacji gazu reaktywnego złożonego z części niemetalicznej jak wodór, i/lub azot, i/lub węgiel oraz części metalicznej tworzonej przez jony metali pochodzące z elektrod, którą to jonizację wywołuje się w temperaturze od 100°C do 550°C i w warunkach wyładowań elektrycznych oraz przyspiesza się jony plazmy w kierunku wsadu przez przyłożenie między wsad i obudowę pieca napięcia zmiennego lub stałego, polega na tym, że do plazmy dodatkowo wprowadza się z zewnątrz pieca część metaliczną gazu reaktywnego w postaci związków metaloorganicznych takich jak dimethylaluminium o wzorze (CH3)2AlH i/lub hexakisdimethylamido-aluminium o wzorze Al2[N(CH3)2]6 i/lub dimethylethylaminealane o wzorze AlH3N(CH3)2C2H5 a najkorzystniej trimetyloaluminium o wzorze Al(CH3)3. Do plazmy można dodatkowo wprowadzać z zewnątrz pieca część obojętną gazu reaktywnego jak gazy szlachetne i/lub wodór, i/lub azot i/lub węgiel.

Sposób według wynalazku umożliwił tworzenie powłok o dowolnie zróżnicowanym składzie jakościowym i ilościowym bez potrzeby zamawiania specjalnych elektrod i/lub zwiększania ich liczby, co wymagało przebudowy pieca.

Sposób według wynalazku uwidoczniono bliżej w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym ogólny schemat stanowiska do wykonywania tego sposobu.

P r z y k ł a d I

Piec z wprowadzonym do niego wsadem nagrzano go do temperatury 400°C i wytworzono w niej próżnię 540³Pa. Obróbce poddano wsad W w postaci wierteł dla wytworzenia na nich powłoki z węglika tytanowo-aluminiowego TiAlC. W piecu zamontowano elektrodę E z tytanu i przyłożono do niej potencjał ujemny a do obudowy O pieca przyłożono potencjał dodatni. Za pomocą elementu zapłonowego Z zainicjowano łuk elektryczny, po czym do przestrzeni obróbczej wprowadzano z butli B trimetyloaluminium - Al(CH₃)₃ w ilości 1 g na minutę. Proces prowadzono w czasie 20 minut. Uzyskano powłokę z TiAlC o grubości 3 Lim, twardości 2800 HV i odporności na utlenianie do temperatury 750°C w atmosferze powietrza.

P r z y k ł a d II

Piec z wprowadzonym do niego wsadem W nagrzano go do temperatury 400°C i wytworzono w niej próżnię 5d0^-3Pa. Obróbce poddano wsad W w postaci wierteł dla wytworzenia na nich powłoki z węgloazotku tytanowo-aluminiowego TiAICN. W tym celu do wnętrza pieca wprowadzano azot łączPL 212 418 B1 nie z trimetyloaluminium - Al(CH3)3 w takich ilościach aby uzyskać ciśnienie 1 Pascala. Proces prowadzono w czasie 20 minut. Uzyskano powłokę z TiAICN o grubości 3 μm, twardości 2300 HV i odporności na utlenianie do temperatury 700°C w atmosferze powietrza.

Claims (2)

1. Sposób plazmowego wytwarzania powłok poprawiających właściwości mechaniczne powierzchni metalowych, polegający na tym, że w próżni wytwarza się plazmę w wyniku jonizacji gazu reaktywnego złożonego z części niemetalicznej jak wodór, i/lub azot, i/lub węgiel oraz części metalicznej tworzonej przez jony metali pochodzące z elektrod, którą to jonizację wywołuje się w temperaturze od 100°C do 550°C i w warunkach wyładowań elektrycznych oraz przyspiesza się jony plazmy w kierunku wsadu przez przyłożenie między wsad i obudowę pieca napięcia zmiennego lub stałego, znamienny tym, że do plazmy dodatkowo wprowadza się z zewnątrz pieca część metaliczną gazu reaktywnego w postaci związków metaloorganicznych takich jak dimethylaluminium o wzorze (CH3)2AlH i/lub hexakisdimethylamidoaluminium o wzorze Al2[N(CH3)2]6 i/lub dimethylethylaminealane o wzorze AlH3N(CH3)2C2H5 a najkorzystniej trimetyloaluminium o wzorze Al(CH3)3.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do plazmy dodatkowo wprowadza się z zewnątrz pieca część obojętną gazu reaktywnego jak gazy szlachetne i/lub wodór, i/lub azot i/lub węgiel.