RU188450U1

RU188450U1 - Стальное изделие с композиционным износостойким покрытием

Info

Publication number: RU188450U1
Application number: RU2018140479U
Authority: RU
Inventors: Олег Васильевич Сомов; Виктор Алексеевич Пашкин; Владимир Алексеевич Васин; Максим Николаевич Каченюк
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полигон-МТ"
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-04-15

Abstract

Полезная модель используется при нанесении износостойких покрытий на поверхность стальных изделий, работающих в условиях интенсивного износа и может быть применена в машиностроении.Полезная модель направлена на увеличении срока службы стальных изделий, за счет повышения износостойкости нанесенного на их поверхность пиролитического карбидохромового покрытия (ПКХП) путем формирования в структуре ПКХП твердых фаз карбидов хрома.Указанный технический результат достигается тем, что стальное изделие после стадии осаждения на его поверхности композиционного карбидохромового покрытия методом осаждения из газовой фазы проходит стадию дополнительного отжига при 700°С, давлении 0,1-1,0 Па, в течение 2 часов, приводящему к формированию твердых фаз карбидов хрома в структуре ПКХП. 1 ил.

Description

Полезная модель используется при нанесении износостойких покрытий на поверхность стальных изделий, работающих в условиях интенсивного износа и может быть применена в машиностроении.

Известен способ получения карбидохромовых покрытий термическим разложением паров металлоорганических соединений на основе хрома, при котором деталь из конструкционных и низколегированных сталей размещают в реакторе, нагревают стальную подложку и испаритель до определенных температур, а затем проводят осаждение покрытия разложением металлоорганического соединения «Бархос» в потоке инертного газа (патент РФ №2249633, МПК С23С 16/18, 2003 г.).

Недостатком известного способа является низкое качество поверхности получаемого покрытия, обусловленное нестабильностью температуры поверхности стальной подложки, охлаждаемой потоком инертного газа, что приведет к снижению износостойкости карбидохромового покрытия.

Наиболее близким техническим решением является композиционное покрытие для защиты поверхности стальных изделий от износа, состоящее из промежуточного диффузионно-оксидного слоя, сформированного на поверхности стальной подложки активаторами поверхностного слоя и последующим вакуумным отжигом в реакторе, и основного, состоящего из износостойкого пиролитического карбидохромового покрытия (ПКХП), полученного методом осаждения из газовой фазы хромсодержащего металлоорганического соединения (патент РФ на полезную модель №97731, кл. С23С 28/00, 2010 г.). Данное техническое решение принято за прототип.

Пиролитическое карбидохромовое покрытие, полученное методом осаждения из газовой фазы, имеет рентгеноаморфную структуру, что обуславливает недостаточно высокую износостойкость поверхности стальных изделий с ПКХП, работающих в условиях интенсивного эксплуатационного износа. Таким образом, рентгеноаморфность известного композиционного покрытия является его недостатком, снижающим срок службы покрытых стальных изделий при эксплуатации.

Задача полезной модели заключается в увеличении срока службы стальных изделий, за счет повышения износостойкости нанесенного на их поверхность ПКХП путем формирования в структуре ПКХП твердых фаз карбидов хрома.

Задача решается тем, что стальное изделие после осаждения на его поверхности композиционного карбидохромового покрытия методом осаждения из газовой фазы подвергается дополнительному отжигу, приводящему к формированию твердых карбидных фаз в структуре ПКХП.

На фигуре приведена схема стального изделия с композиционным износостойким пиролитическим карбидохромовым покрытием, где 1 - стальная подложка, 2 - промежуточный диффузионно-оксидный слой, 3 - основной слой фаз карбидов хрома.

Сущность заявленной полезной модели поясняется следующим описанием. На поверхность стального изделия наносится ПКХП по технологии прототипа, а затем сразу по окончании процесса осаждения покрытия, проводится отжиг стального изделия при 700°С, давлении 0,1-1,0 Па, в течение 2 часов.

Рентгенофазовый анализ поверхности ПКХП показал, что исходное покрытие рентгеноаморфное, а при отжиге стального изделия с ПКХП по всей толщине покрытия происходит формирование твердых фаз карбидов хрома (Cr₂₃C₆, Cr₇C₃, Cr₃C₂) в определенном соотношении, которые повышают твердость и, соответственно, износостойкость поверхности.

Пример осуществления технического решения.

Поверхность изделия, изготовленного из стали 40Х, обезжиривают синтетическим моющим средством, промывают проточной водой, подвергают воздействию активатора поверхностного слоя. Активатором поверхностного слоя является тройная смесь кислот: 10% - соляной кислоты, 10% - азотной кислотой и 5% - серной кислотой в соотношении 3:1:1. Температура активации - 35-45°С. Продолжительность активации 0,5-1,5 минут. Далее с помощью чистящего средства типа «Пемоксоль» с поверхности стального изделия удаляется черный травильный шлам (свободный углерод из стали 40Х), изделие промывается сначала в проточной, затем дистиллированной воде и сушится сжатым воздухом. Затем стальное изделие помещается в реактор установки ВРПО-14, где проводится его выдержка в вакууме 0,1-1,0 Па при температуре от +20 до +470°С. На этой стадии происходит активация поверхности и формирование промежуточного диффузионно-оксидного слоя 2 на стальной подложке 1.

После активации поверхности стального изделия начинают процесс нанесения ПКХП методом осаждения из газовой фазы хромсодержащего металлоорганического соединения (МОС). В качестве расходного МОС применяют промышленную хромоорганическую жидкость (ХОЖ) «Бархос» (ТУ 6-01-1149-78). МОС дозирующим устройством подается в реактор, где с помощью испарителя переводится в парообразное состояние. Пары МОС, находящиеся вблизи нагретой поверхности стального изделия, разлагаются в газовой фазе и затем конденсируются на поверхности с образованием аморфной пленки. Температуру поверхности стального изделия поддерживают в диапазоне 450-470°С, давление в реакторе 0,1-1,0 Па, температуру испарителя реактора 200-240°С. Оптимальная толщина получаемого ПКХП задается в каждом конкретном случае, исходя из назначения стального изделия, и определяется временем процесса и скоростью подачи МОС в реактор.

После завершения стадии нанесения ПКХП прекращают подачу ХОЖ «Бархос», повышают температуру поверхности стального изделия до 700°С, проводят стадию отжига в реакторе при 700°С, давлении 0,1-1,0 Па, в течение 2 часов. При этом в структуре ПКХП кристаллизируются твердые фазы карбидов хрома, и формируется твердый износостойкий слой 3.

После окончания процесса получения износостойкого композиционного покрытия охлаждают реактор и извлекают готовые стальные изделия.

Проведенные на машине трения испытания износостойкости (интенсивность изнашивания I, измеряемая в единицах мм износа/мм пути трения) поверхности ПКХП на стальных образцах с исходным ПКХП (без отжига) и ПКХП с дополнительным отжигом в вакууме 0,1-1,0 Па в течение 2 часов при температурных режимах отжига 700-1000°С показали результаты, которые представлены в таблице.

Как показали испытания, наилучшее значение износостойкости показали образцы с ПКХП и дополнительным отжигом при 800°С. Однако в представленной полезной модели предложен отжиг при 700°С, так как при незначительном расхождении износостойкости образцов при отжиге 700°С и 800°С, процесс при отжиге 700°С более экономически целесообразен.

Композиционное износостойкое покрытие, полученное по описанной технологии, позволяет увеличить срок службы стального изделия при эксплуатации в условиях интенсивного износа.

Claims

Стальное изделие с композиционным износостойким покрытием, содержащим промежуточный диффузионно-оксидный слой и основной пиролитический карбидохромовый слой, отличающееся тем, что упомянутый основной слой сформирован из твердых фаз карбидов хрома Cr₂₃C₆, Cr₇C₃ и Cr₃C₂.