PL228334B1 - Method for producing wear and corrosion resistant, multicomponent top coating on the aluminium and silicon casting alloys - Google Patents

Method for producing wear and corrosion resistant, multicomponent top coating on the aluminium and silicon casting alloys

Info

Publication number
PL228334B1
PL228334B1 PL416273A PL41627316A PL228334B1 PL 228334 B1 PL228334 B1 PL 228334B1 PL 416273 A PL416273 A PL 416273A PL 41627316 A PL41627316 A PL 41627316A PL 228334 B1 PL228334 B1 PL 228334B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
manganese
vol
nitrogen
layer
phosphorus
Prior art date
Application number
PL416273A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL416273A1 (en
Inventor
Waldemar Serbiński
Waldemar Serbinski
Tadeusz Wierzchoń
Tadeusz Wierzchon
Andrzej Zieliński
Andrzej Zielinski
Original Assignee
Politechnika Gdanska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Gdanska filed Critical Politechnika Gdanska
Priority to PL416273A priority Critical patent/PL228334B1/en
Publication of PL416273A1 publication Critical patent/PL416273A1/en
Publication of PL228334B1 publication Critical patent/PL228334B1/en

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

(12)OPIS PATENTOWY (i9)PL (n)228334 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 416273 (51)IntCI.(12) PATENT DESCRIPTION ( i 9) PL ( n) 228334 (13) B1 (21) Application Number: 416273 ( 51 ) IntCI.

C22C 21/02 (2006.01) C23C 14/48 (2006.01) C23C 8/36 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 25.02.2016 C23C 8/10 (2006.01)C22C 21/02 (2006.01) C23C 14/48 (2006.01) C23C 8/36 (2006.01) (22) Date of notification: 25.02.2016 C23C 8/10 (2006.01)

C23C 8/24 (2006.01) C23C 8/28 (2006.01) C23C 30/00 (2006.01)C23C 8/24 (2006.01) C23C 8/28 (2006.01) C23C 30/00 (2006.01)

Sposób wytwarzania na stopach aluminium z krzemem, zwłaszcza odlewniczych, odpornej na ścieranie i korozję wieloskładnikowej warstwy powierzchniowej (73) Uprawniony z patentu:A method of producing a multi-component surface layer resistant to abrasion and corrosion on aluminum and silicon alloys, especially in foundry alloys (73).

POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (43) Application was announced:

28.08.2017 BUP 18/17 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:28.08.2017 BUP 18/17 (45) The following was announced about the grant of the patent:

30.03.2018 WUP 03/18 (72) Twórca(y) wynalazku:30/03/2018 WUP 03/18 (72) Inventor (s):

WALDEMAR SERBIŃSKI, Gdańsk, PL TADEUSZ WIERZCHOŃ, Warszawa, PL ANDRZEJ ZIELIŃSKI, Gdynia, PL (74) Pełnomocnik:WALDEMAR SERBIŃSKI, Gdańsk, PL TADEUSZ WIERZCHOŃ, Warsaw, PL ANDRZEJ ZIELIŃSKI, Gdynia, PL (74) Plenipotentiary:

rzecz, pat. Czesław Popławski 'st co co cothing, pat. Czesław Popławski 'st what what what

CMCM

CMCM

Ω.Ω.

PL 228 334 B1PL 228 334 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania na stopach aluminium z krzemem, zwłaszcza odlewniczych, odpornej na ścieranie i korozję, wieloskładnikowej warstwy powierzchniowej.The subject of the invention is a method of producing a multi-component surface layer resistant to abrasion and corrosion on aluminum-silicon alloys, especially in foundry alloys.

Znane są powłoki metaliczne wytwarzane na stopach aluminium metodą chemiczną lub elektrolityczną mające na celu zwiększenie odporności na zużycie ścierne, przykładowo powłoki na osnowie niklu i powłoki chromowe. Powłoki te jednak znacząco różnią się współczynnikiem rozszerzalności liniowej od stopów aluminium i podczas pracy w podwyższonych temperaturach często łuszczą się i odpadają od podłoża. Z porównania znanych współczynników rozszerzalności liniowej wynika, że powłokami, które wykazują bardzo zbliżony do aluminium współczynnik rozszerzalności liniowej są powłoki manganowe.Metallic coatings produced on aluminum alloys by chemical or electrolytic methods in order to increase the abrasion resistance, for example nickel-based coatings and chrome coatings, are known. However, these coatings differ significantly in the coefficient of linear expansion from aluminum alloys and when working at elevated temperatures, they often peel off and fall off the substrate. The comparison of the known linear expansion coefficients shows that manganese coatings are the coatings with a linear expansion coefficient very similar to that of aluminum.

Znany jest sposób wytwarzania powłoki manganowej na aluminiowym podłożu polegający na elektrolitycznym nałożeniu tej powłoki. Powłoki manganowe charakteryzują się wysoką twardością odpornością na ścieranie, jednakże są kruche oraz wykazują stosunkowo duży współczynnik tarcia ślizgowego oraz wyraźnie niższe właściwości korozyjne w stosunku do aluminiowego podłoża.There is a known method of producing a manganese coating on an aluminum substrate by electrolytically applying this coating. Manganese coatings are characterized by high hardness and abrasion resistance, however, they are brittle and show a relatively high coefficient of sliding friction and significantly lower corrosion properties compared to the aluminum substrate.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania powłok manganowych o zmodyfikowanych właściwościach adhezyjnych i tribologicznych.The aim of the invention is to develop a method of producing manganese coatings with modified adhesive and tribological properties.

Sposób wytwarzania na stopach aluminium z krzemem, zwłaszcza odlewniczych, odpornej na ścieranie i korozję, wieloskładnikowej warstwy powierzchniowej, polegający na nałożeniu na powierzchnię stopu powłoki manganowej charakteryzuje się według wynalazku tym, że do powłoki manganowej, do której drogą implantacji jonowej wprowadza się jony fosforu dawką w zakresie 1x1015-5x1017 P+/cm2 przy użyciu energii w wysokości 10-200 keV w temperaturze pokojowej, celem uzyskania warstwy manganowo-fosforowej.The method of producing a multi-component surface layer resistant to abrasion and corrosion on aluminum-silicon alloys, especially in foundry alloys, which consists in applying a manganese coating to the surface of the alloy, is characterized according to the invention in that the manganese coating, into which phosphorus ions are introduced by ion implantation with a dose in the range 1x10 15 -5x10 17 P + / cm 2 using energy of 10-200 keV at room temperature to obtain a manganese-phosphor layer.

Korzystnie uzyskaną warstwę manganowo-fosforową poddaje się procesowi azotowania jarzeniowego w piecu do azotowania jarzeniowego w temperaturze 350-560°C w atmosferze złożonej z 30-60% obj. azotu oraz 30-60% obj. wodoru, przy ciśnieniu 1,5-5,0 hPa, przy wydatku atmosfery 60 dm3/h, przez okres 3-6 h, po czym stop aluminium z uzyskaną warstwą manganowo-fosforowoazotową korzystnie studzi się w próżni w temperaturze 90-110°C.Preferably, the resulting manganese-phosphor layer is subjected to the glow discharge process in a glow discharge nitriding furnace at a temperature of 350-560 ° C in an atmosphere of 30-60% vol. nitrogen and 30-60 vol. hydrogen, at a pressure of 1.5-5.0 hPa, with an atmosphere output of 60 dm 3 / h, for a period of 3-6 hours, then the aluminum alloy with the resulting manganese-nitrogen-phosphorus layer is preferably cooled down in a vacuum at a temperature of 90-110 ° C.

Korzystnie stop aluminium z uzyskaną warstwą manganowo-fosforową poddaje się procesowi tleno-azotowania jarzeniowego w urządzeniu do tleno-azotowania jarzeniowego w temperaturze 350-600°C w atmosferze złożonej z 40-60% obj. azotu, 40-60% obj. wodoru oraz z dodatkiem 10-20% obj. powietrza, przy ciśnieniu 2,0-5,0 hPa, przy wydatku atmosfery 30-60 dm3/h, przez okresPreferably, the aluminum alloy with the resulting manganese-phosphor layer is subjected to a glow-oxy-nitriding process in a glow-discharge oxygen-nitriding device at a temperature of 350-600 ° C in an atmosphere of 40-60 vol. Nitrogen, 40-60 vol.% hydrogen and with the addition of 10-20% vol. air, at a pressure of 2.0-5.0 hPa, with an atmosphere flow rate of 30-60 dm 3 / h, for a period of

3-6 h do uzyskania warstwy manganowo-fosforowo-azotowo-tlenowej.3-6 hours to obtain a manganese-phosphorus-nitrogen-oxygen layer.

Dzięki wykorzystaniu sposobu według wynalazku uzyskuje się podwyższenie odporności na ścieranie i korozję stopów aluminium.By using the method according to the invention, the abrasion and corrosion resistance of aluminum alloys is increased.

Wynalazek przedstawiony jest bliżej w przykładach wykonania.The invention is described in more detail in the examples of its implementation.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Przygotowano próbki odlewniczych stopów aluminium AlSi13Mg1CuNi oraz AISi10Cu2Mg1 lNi 1.Samples of casting aluminum alloys AlSi13Mg1CuNi and AISi10Cu2Mg1 lNi 1 were prepared.

Na próbkach wytworzono w znany elektrolityczny sposób powłokę manganową. Próbki z nałożoną powłoką manganową przed implantacją poddano myciu w alkoholu etylowym, a po osuszeniu poddano implantacji jonami fosforu.A manganese coating was produced on the samples in a known electrolytic manner. Before implantation, the samples with manganese coating were washed in ethyl alcohol, and after drying, they were implanted with phosphorus ions.

Implantację jonami fosforu (P+) prowadzono w temperaturze pokojowej, dawką jonów fosforu x 1016 P+/cm2, przy energii 25 keV.Implantation with phosphorus ions (P +) was carried out at room temperature, with the dose of phosphorus ions x 10 16 P + / cm 2 , at an energy of 25 keV.

Próbki stopu aluminium z warstwą manganowo-fosforową (Mn-P) poddano badaniom mikrotwardości, a wyniki badań umieszczono w tabeli 1, oraz badaniom korozyjnym, których wyniki umieszczono w tabeli 2.Aluminum alloy samples with a manganese-phosphor layer (Mn-P) were subjected to microhardness tests, and the test results are presented in Table 1, and corrosion tests, the results of which are presented in Table 2.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Próbki stopów aluminium AlSi13Mg1CuNi oraz AlSi10Cu2Mg1Ni1 z nałożoną elektrolitycznie powłoką manganową poddano myciu w alkoholu etylowym, a po osuszeniu umieszczono w urządzeniu do implantacji jonowej. Implantację jonami fosforu (P+) prowadzono w temperaturze pokojowej, dawką jonów fosforu 3 x 1017 P+/cm2, przy energii 30 keV.Samples of AlSi13Mg1CuNi and AlSi10Cu2Mg1Ni1 aluminum alloys with electrolytically applied manganese coating were washed in ethyl alcohol, and after drying, they were placed in an ion implantation device. Phosphorus ions (P +) implantation was carried out at room temperature, with a dose of phosphorus ions of 3 x 10 17 P + / cm 2 , at an energy of 30 keV.

Próbki z nałożoną warstwą manganowo-fosforową poddano procesowi azotowania jarzeniowego. Proces ten przeprowadzono w temperaturze 480°C i czasie 3h. Atmosferą roboczą była mieszanina złożona z 50% azotu i 50% wodoru. Ciśnienie robocze w urządzeniu wynosiło 2,66 hPa przy wydatku atmosfery (H2+N2) 50 dm3/h. Po zakończeniu tego procesu na stopach aluminium uzyskano warstwę manganowo-fosforowo-azotową (Mn-P-N) dyfuzyjnie połączoną z aluminiowym podłożem.The samples with the manganese-phosphor layer applied were subjected to the glow discharge nitriding process. This process was carried out at a temperature of 480 ° C and time of 3 hours. The working atmosphere was a mixture of 50% nitrogen and 50% hydrogen. The working pressure in the device was 2.66 hPa with the flow of atmosphere (H2 + N2) 50 dm 3 / h. After the completion of this process, a manganese-phosphorus-nitrogen (Mn-PN) layer was obtained on the aluminum alloys, diffusively bonded to the aluminum substrate.

PL 228 334 Β1PL 228 334 Β1

Próbki poddano badaniom mikrotwardości, a wyniki badań umieszczono w tabeli 1, oraz badaniom korozyjnym, których wyniki umieszczono w tabeli 2.The samples were subjected to microhardness tests, and the test results are presented in Table 1, and the corrosion tests, the results of which are presented in Table 2.

Przykład 3Example 3

Próbki wytworzone według przykładu 1 poddano procesowi tleno-azotowania jarzeniowego. Proces tleno-azotowania jarzeniowego prowadzono w atmosferze roboczej złożonej z (H2 + N2) w proporcji 1:1 z dodatkiem 15% obj. powietrza. Temperatura procesu tleno-azotowania jarzeniowego wynosiła 560°C, ciśnienie atmosfery roboczej 3,0 hPa, a proces prowadzono w czasie 5h.The samples prepared according to example 1 were subjected to a glow discharge oxy-nitriding process. The process of glow discharge oxygen-nitriding was carried out in a working atmosphere consisting of (H2 + N2) in the proportion 1: 1 with the addition of 15% vol. air. The temperature of the glow discharge oxygen-nitriding process was 560 ° C, the pressure of the working atmosphere was 3.0 hPa, and the process was carried out for 5 hours.

W trakcie tego procesu nastąpiło dyfuzyjne połączenie uzyskanej warstwy z aluminiowym podłożem i została utworzona warstwa powierzchniowa manganowo-fosforowo-azotowo-tlenowa (Mn-P-N-O).During this process, the obtained layer was diffused with the aluminum substrate and the manganese-phosphorus-nitrogen-oxygen surface layer (Mn-P-N-O) was created.

Próbki poddano badaniom mikrotwardości, a wyniki badań umieszczono w tabeli , oraz badaniom korozyjnym, których wyniki umieszczono w tabeli 2.The samples were subjected to microhardness tests, and the test results are presented in the table, and the corrosion tests, the results of which are presented in Table 2.

Tabela 1.Table 1.

Mikrotwardość warstw powierzchniowych typu (Mn-P), (Mn-P-N) i (Mn-P-N-O)Microhardness of (Mn-P), (Mn-P-N) and (Mn-P-N-O) surface layers

Rodzaj warstwy Type layers Podłoże Subsoil Mikrotwardość HV0,02 Microhardness HV0.02 Powierzchnia Surface Strefa przypowierzchniowa Zone subsurface (Mn-P) (Mn-P) AlSil3MglCuNi AlSil3MglCuNi 952 952 1272 1272 (Mn-P-N) (Mn-P-N) AlSiOMglCuNi AlSiOMglCuNi 513 513 411 411 (Mn-P-N-O) (Mn-P-N-O) AlSilOCu2MglNil AlSilOCu2MglNil 851 851 552 552

Tabela 2Table 2

Właściwości korozyjne w 0,01 M H2SO4 w warstw powierzchniowych wytworzonych na stopach AISi13Mg1CuNi i AISi10Cu2Mg1Ni1Corrosion properties in 0.01 M H2SO4 in surface layers formed on AISi13Mg1CuNi and AISi10Cu2Mg1Ni1 alloys

Rodzaj warstwy Type layers Podłoże Subsoil Potencjał E|tor [mV] Potential E | tor [mV] Gęstość prądu Jkor [μΑ/cm2]Current density J kor [μΑ / cm 2 ] - - AlSil3MglCuNi AlSil3MglCuNi - 449,8 - 449.8 10,5796 10.5796 - - AlSilOCu2MglNil AlSilOCu2MglNil - 464,2 - 464.2 8,6843 8.6843 (Mn-P) (Mn-P) AlSil3MglCuNi AlSil3MglCuNi - 1276,0 - 1276.0 5,3214 5.3214 (Mn-P-N) (Mn-P-N) AlSil3MglCuNi AlSil3MglCuNi -432,6 -432.6 2,2616 2.2616 (Mn-P-N-O) (Mn-P-N-O) AlSilOCu2MglNil AlSilOCu2MglNil -516,5 -516.5 0,7279 0.7279

PL 228 334 B1PL 228 334 B1

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób wytwarzania na stopach aluminium z krzemem, zwłaszcza odlewniczych, odpornej na ścieranie i korozję, wieloskładnikowej warstwy powierzchniowej, polegający na nałożeniu na powierzchnię stopu powłoki manganowej, znamienny tym, że do powłoki manganowej drogą implantacji jonowej, implantuje się jony fosforu dawką w zakresie 1x1015-5x1017 P+/cm2 przy użyciu energii w wysokości 10-200 keV w temperaturze pokojowej, do uzyskania warstwy manganowo-fosforowej.Method of producing a multi-component surface layer on aluminum-silicon alloys, especially foundry alloys, resistant to abrasion and corrosion, consisting in applying a manganese coating to the surface of the alloy, characterized in that phosphorus ions are implanted into the manganese coating by ion implantation with a dose ranging from 1x10 15 -5x10 17 P + / cm 2 using energy of 10-200 keV at room temperature to obtain a manganese-phosphorus layer. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stop aluminium z uzyskaną warstwą manganowo-fosforową poddaje się procesowi azotowania jarzeniowego w piecu do azotowania jarzeniowego w temperaturze 350-560°C w atmosferze złożonej z 30-60% obj. azotu oraz 30-60% obj. wodoru, przy ciśnieniu 1,5-5,0 hPa, przy wydatku atmosfery 30-60 dm3/h, przez okres 3-6 h, po czym uzyskany stop aluminium z warstwą manganowo-fosforowoazotową, korzystnie studzi się w próżni w temperaturze 90-110°C.2. The method according to p. A process according to claim 1, characterized in that the aluminum alloy with the resulting manganese-phosphor layer is subjected to the glow discharge process in a glow discharge nitriding furnace at a temperature of 350-560 ° C in an atmosphere of 30-60 vol. nitrogen and 30-60 vol. hydrogen, at a pressure of 1.5-5.0 hPa, with an atmosphere flow rate of 30-60 dm 3 / h, for a period of 3-6 hours, after which the obtained aluminum alloy with a manganese-nitrogen-phosphorus layer is preferably cooled down in a vacuum at a temperature of 90 -110 ° C. 3. Sposób według zastrz. 1 , znamienny tym, że stop aluminium z uzyskaną warstwą manganowo-fosforową poddaje się procesowi tleno-azotowania jarzeniowego w urządzeniu do tleno-azotowania jarzeniowego w temperaturze 350-600°C w atmosferze złożonej z 40-60% obj. azotu, 40-60% obj. wodoru oraz z dodatkiem 10-20% obj. powietrza, przy ciśnieniu 2,0-5,0 hPa, przy wydatku atmosfery 30-60 dm3/h, przez okres 3-6 h do uzyskania warstwy manganowo-fosforowo-azotowo-tlenowej.3. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the aluminum alloy with the obtained manganese-phosphor layer is subjected to a glow-oxy-nitriding process in a glow-discharge oxygen nitriding device at a temperature of 350-600 ° C in an atmosphere of 40-60 vol. Nitrogen, 40-60 vol.% hydrogen and with the addition of 10-20% vol. air, at a pressure of 2.0-5.0 hPa, with an atmosphere flow rate of 30-60 dm 3 / h, for a period of 3-6 hours until a manganese-phosphorus-nitrogen-oxygen layer is obtained.
PL416273A 2016-02-25 2016-02-25 Method for producing wear and corrosion resistant, multicomponent top coating on the aluminium and silicon casting alloys PL228334B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL416273A PL228334B1 (en) 2016-02-25 2016-02-25 Method for producing wear and corrosion resistant, multicomponent top coating on the aluminium and silicon casting alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL416273A PL228334B1 (en) 2016-02-25 2016-02-25 Method for producing wear and corrosion resistant, multicomponent top coating on the aluminium and silicon casting alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL416273A1 PL416273A1 (en) 2017-08-28
PL228334B1 true PL228334B1 (en) 2018-03-30

Family

ID=59684523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL416273A PL228334B1 (en) 2016-02-25 2016-02-25 Method for producing wear and corrosion resistant, multicomponent top coating on the aluminium and silicon casting alloys

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL228334B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL416273A1 (en) 2017-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meletis Intensified plasma-assisted processing: science and engineering
US20130304219A1 (en) Surface treatment of co-cr based alloys using plasma carburization
Kesteven et al. Low elastic modulus Ti–Ta alloys for load-bearing permanent implants: Enhancing the biodegradation resistance by electrochemical surface engineering
GB2458507A (en) Oxidation of non ferrous metal components
CN114182249B (en) Method for improving corrosion resistance of cold-sprayed double-layer coating
Wang et al. Effect of plasma nitriding and titanium nitride coating on the corrosion resistance of titanium
Celis et al. Hybrid processes—a versatile technique to match process requirements and coating needs
US20190177856A1 (en) Production method of a thick coating with layered structure
Tokaji et al. The effects of gas nitriding on fatigue behavior in titanium and titanium alloys
Morand et al. On the adhesion of diamond‐like carbon coatings deposited by low‐pressure plasma on 316L stainless steel
Gabor et al. Effect of additive for preparation of reduced-porosity ceramic layer on Ti-6Al-4 V alloy for orthopaedic and trauma implants
Oliveira et al. Surface modification of NiTi by plasma based ion implantation for application in harsh environments
PL228334B1 (en) Method for producing wear and corrosion resistant, multicomponent top coating on the aluminium and silicon casting alloys
Subramanian et al. Evaluation of corrosion and wear resistance titanium nitride (TiN) coated on mild steel (MS) with brush plated nickel interlayer
Sui et al. Formation of diamond-like carbon (DLC) film on the NiTi alloys via plasma immersion ion implantation and deposition (PIIID) for improving corrosion resistance
Flores et al. Corrosion of a Zn–Al–Cu alloy coated with TiN/Ti films
Cheng et al. Formation of TiN films on biomedical NiTi shape memory alloy by PIIID
JP2007277710A (en) Cobalt-chromium base alloy material and method for manufacturing the same
Mohmmed Wear rate and hardness of boride low carbon steel
Belahssen et al. Corrosion and wear resistance of 32CrMoV13 steel nitrided by plasma
Hsueh et al. Mechanical behavior and electrochemical stability of gas-nitrided FeMnAlC alloy in simulated body fluid
White et al. Mechanical Characteristics of an Anodized Magnesium Alloy for Biodegradable Implants
Jędrusik et al. Characterization of oxide layers made on aluminium alloy 7075 by different methods
El-Hossary et al. EL, tribological properties of biomedical NiTi shape memory alloy after Rf plasma nitriding
PL230447B1 (en) Method for producing a titanium nitride film, preferably on metallic substrates