RU2095463C1

RU2095463C1 - Method for application of coatings to metal products

Info

Publication number: RU2095463C1
Application number: RU96118720A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Васин; Виктор Александрович Невровский; Леонид Леонидович Сухих
Original assignee: Владимир Алексеевич Васин; Виктор Александрович Невровский; Леонид Леонидович Сухих
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: thermochemical treatment of metals; may be used in mechanical engineering for production of solid wear-resistance coatings on machine components and tools, for instance, coating consisting of chromium and chromium carbide applied to dies and stamps. SUBSTANCE: method consists in heating of product placed into liquid bis-arenechromium compound with high-frequency currents up to definite temperature inside the range of temperature of decomposition of respective chemical compound with forced mixing of liquid. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении для создания твердых износостойких покрытий на деталях машин и на инструменте. Примером использования изобретения может служить нанесение покрытий, состоящего из хрома, на стальные матрицы и штампы. The invention relates to chemical-thermal treatment of metals and can be used in mechanical engineering to create hard wear-resistant coatings on machine parts and tools. An example of the use of the invention is the deposition of coatings consisting of chromium on steel matrices and dies.

В основу способа нанесения покрытий положено термическое разложение металлоорганических соединений в паровой фазе на нагретой поверхности изделия с выделением металлов и карбидов и осаждением их на изделии [1] Согласно принятому способу, в различных его реализациях жидкое металлоораническое соединение переводится в паровую фазу и подается в вакуумированную реакционную камеру, содержащую нагретые до определенной температуры изделия, на которых происходит разложение металлоорганического соединения с образованием карбидо-металлического покрытия на поверхности изделия. The coating method is based on the thermal decomposition of organometallic compounds in the vapor phase on the heated surface of the product with the release of metals and carbides and their deposition on the product [1] According to the accepted method, in its various implementations, the liquid metal-oranic compound is transferred to the vapor phase and fed to the evacuated reaction a chamber containing products heated to a certain temperature, on which the decomposition of the organometallic compound with the formation of carbide-metal th cover the surface of the product.

Недостатками известного способа являются плохая воспроизводимость свойств получаемого покрытия, неодинаковая толщина слоя покрытия в разных местах изделия, а также большой расход сырья, так как покрытие образуется не только на изделиях, но и на вспомогательных элементах внутри реакционной камеры. Эти недостатки отчасти связаны со сложностью контроля химического состава пара металлоорганического соединения на стадии его образования из жидкости, а отчасти с тем, что зона испарения металлоорганического вещества и его распада на поверхности изделия пространственно разделены. The disadvantages of this method are the poor reproducibility of the properties of the obtained coating, the uneven thickness of the coating layer at different places of the product, as well as the high consumption of raw materials, since the coating is formed not only on the products, but also on auxiliary elements inside the reaction chamber. These disadvantages are partly due to the complexity of controlling the chemical composition of the vapor of the organometallic compound at the stage of its formation from the liquid, and partly due to the fact that the evaporation zone of the organometallic substance and its decomposition on the surface of the product are spatially separated.

Ближайшим техническим решением является способ газовой цементации в жидких органических средах с нагревом изделия токами высокой частоты [2] В этом способе изделие помещают в сосуд с жидким органическим веществом, нагревают поверхность изделия токами высокой частоты до образования вокруг детали слоя паров органического вещества, из которого углерод диффузионно проникает внутрь изделия, насыщая его приповерхностный слой. The closest technical solution is a method of gas cementation in liquid organic media with heating of the product by high-frequency currents [2] In this method, the product is placed in a vessel with liquid organic matter, the surface of the product is heated by high-frequency currents until a vapor layer of organic matter is formed around the part, from which carbon diffusion penetrates into the product, saturating its surface layer.

Недостатками последнего способа является то, что в результате данной технологической операции твердая и износостойкая поверхность получается не сразу. Требуется проведение последующей термической обработки закалки и отпуска, чтобы достичь необходимой твердости и износостойкости. Кроме того, этот способ не позволяет восстанавливать и наращивать изношенную поверхность изделия. The disadvantages of the latter method is that as a result of this technological operation, a solid and wear-resistant surface is not obtained immediately. Subsequent heat treatment of hardening and tempering is required in order to achieve the necessary hardness and wear resistance. In addition, this method does not allow to restore and build up the worn surface of the product.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса нанесения упрочняющих износостойких покрытий, снижение расхода сырья и энергии и получение воспроизводимых механических свойств покрытия. The technical result of the invention is to simplify the process of applying hardening wear-resistant coatings, reducing the consumption of raw materials and energy and obtaining reproducible mechanical properties of the coating.

Технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытий на металлические изделия, включающим помещение изделия в реакционную камеру, заполненную рабочей жидкостью, и нагрев поверхности изделия токами высокой частоты, в качестве рабочей жидкости используют бис-ареновые соединения хрома, например бис-этилбензохромом или бис-изопропилбензохромом, температуру поверхности изделия поддерживают при значении, лежащим внутри диапазона температур распада соответствующего бис-аренового соединения, причем жидкость в процессе образования покрытия принудительно перемешивают. The technical result is achieved by the fact that in the method of coating metal products, including placing the product in a reaction chamber filled with a working fluid, and heating the surface of the product with high frequency currents, bis-arene chromium compounds, for example, bis-ethylbenzo-chromium or bis, are used as the working fluid -isopropylbenzenechrome, the surface temperature of the product is maintained at a value lying within the temperature range of the decomposition of the corresponding bis-arene compounds, and the liquid in the process rofessional coating forcibly stirred.

На чертеже показан вариант конструктивного выполнения устройства для реализации способа нанесения покрытий на металлические изделия. The drawing shows a variant of the structural embodiment of the device for implementing the method of coating metal products.

Устройство для нанесения покрытий на металлические изделия содержит реакционную камеру 1 из диэлектрического материала, индуктор 2, генератор высокочастотных токов 3. В реакционную камеру наливают жидкое металлоорганическое соединение 4, в котором находится покрываемое изделие 5, укрепленное на опорах из непроводящего материала 6. A device for coating metal products contains a reaction chamber 1 of dielectric material, an inductor 2, a generator of high-frequency currents 3. A liquid organometallic compound 4 is poured into the reaction chamber, in which there is a coated article 5, mounted on supports of non-conductive material 6.

Способ нанесения покрытий на металлические изделия осуществляется следующим образом. The method of coating metal products is as follows.

Металлическое изделие 5 помещают в реакционную камеру 1, заполненную одним из бис-ареновых соединений хрома, например бис-этилбензолхромом или бис-изопропилбензолхромом. Реакционную камеру располагают внутри индуктора 2 высокочастотной индукционной печи и включают генератор высокой частоты 3. Вихревые токи, возбужденные в приповерхностном слое металлического изделия, нагревают его, причем максимальная температура имеет место на поверхности изделия, контактирующей с жидким бис-ареновым соединением хрома. При достижении на поверхности изделия температуры кипения металлоорганического соединения вокруг изделия образуется слой пара. Температура пара определяется мощностью, идущей на нагрев изделия и слоя пара вокруг него. В настоящем способе она является управляющим параметром и устанавливается такой, при которой получается наиболее износостойкое покрытие. The metal product 5 is placed in the reaction chamber 1, filled with one of the bis-arene compounds of chromium, for example bis-ethylbenzenechrome or bis-isopropylbenzenechrome. The reaction chamber is located inside the inductor 2 of the high-frequency induction furnace and includes a high-frequency generator 3. Eddy currents excited in the surface layer of the metal product heat it, and the maximum temperature occurs on the surface of the product in contact with the liquid bis-arene chromium compound. Upon reaching the boiling point of the organometallic compound on the surface of the product, a vapor layer forms around the product. The temperature of the steam is determined by the power used to heat the product and the vapor layer around it. In the present method, it is a control parameter and is set such that the most wear-resistant coating is obtained.

Распад бис-ареновых соединений хрома происходит в диапазоне температур от 380^oC до 500^oC. В этом температурном диапазоне из парового слоя поверхности изделия осаждаются продукты распада бис-ареновых соединений - чистый хром, карбид хрома, углерод и карбида некоторых примесных металлов, которые содержатся в исходной жидкости. Меняя температуру поверхности изделия в пределах указанного диапазона температур распада конкретного бис-аренового соединения, можно регулировать концентрацию карбида хрома и изменять состав и структуру образовавшегося слоя, добиваясь таким образом наибольшей износостойкости. Ориентировочное значение оптимальной температуры поверхности изделия, погруженного в жидкий бис-этилбензолхром, составляет 420^oC - 450^oC. Более точное значение выбирается в процессе предварительной настройки, так как состав исходного жидкого бис-аренового соединения хрома, постоянный внутри партии поставки, может изменяться от партии к партии.The decomposition of bis-arene compounds of chromium occurs in the temperature range from 380 ^o C to 500 ^o C. In this temperature range, the decomposition products of bis-arene compounds - pure chromium, chromium carbide, carbon and carbide of some impurity metals, are deposited contained in the original liquid. By changing the surface temperature of the product within the specified range of decomposition temperatures of a particular bis-arene compound, it is possible to control the concentration of chromium carbide and change the composition and structure of the formed layer, thereby achieving the greatest wear resistance. The approximate value of the optimum surface temperature of the product immersed in liquid bis-ethylbenzenechrome is 420 ^o C - 450 ^o C. A more accurate value is selected during the pre-adjustment, since the composition of the initial liquid bis-arene chromium compound, constant inside the supply lot, can vary from party to party.

Длительность работы генератора токов высокой частоты определяет толщину получаемого покрытия от нескольких микрон до десятых долей миллиметра. Удобным устройством для нагрева изделий при нанесении покрытий из жидких бис-ареновых соединений хрома может служить установка для закалки токами высокой частоты ВЧИ-10/0,44 мощностью 10 кВт, позволяющая нагреть стальное изделие до температуры поверхности около 500^oC, что хорошо согласуется с требуемым температурным диапазоном для распада бис-ареновых соединений хрома.The duration of the high-frequency current generator determines the thickness of the resulting coating from a few microns to tenths of a millimeter. A convenient device for heating products when applying coatings of liquid bis-arene compounds of chromium can serve as a hardening unit with high-frequency currents VCHI-10 / 0.44 with a power of 10 kW, which allows heating a steel product to a surface temperature of about 500 ^o C, which is in good agreement with the required temperature range for the decomposition of bis-arene compounds of chromium.

В процессе нанесения покрытий паровой слой обедняется продуктами распада металлоорганического соединения, что уменьшает скорость нанесения покрытия. Предлагаемое техническое решение предусматривает принудительное перемешивание жидкости в реакционной камере, что способствует получению однородного по поверхности изделия покрытия, повышает скорость его образования и делает состав покрытия воспроизводимой функцией температуры поверхности изделия. During the coating process, the vapor layer is depleted in the decomposition products of the organometallic compound, which reduces the coating rate. The proposed technical solution provides for the forced mixing of the liquid in the reaction chamber, which contributes to obtaining a coating uniform on the surface of the product, increases the rate of its formation and makes the composition of the coating a reproducible function of the surface temperature of the product.

Предлагаемый способ, кроме упрощения процесса нанесения покрытия на металлические изделия, позволяет значительно уменьшить расход энергии и рабочей жидкости, так как согласно данному способу нагревается не все изделие и не вся жидкость, а только область их соприкосновения; увеличить производительность технологического процесса и качество покрытия благодаря перемешиванию жидкости и достичь наибольшей износостойкости путем осуществления процесса при температуре поверхности изделия, оптимальной для конкретного бис-аренового соединения хрома. The proposed method, in addition to simplifying the process of coating metal products, can significantly reduce the consumption of energy and working fluid, since according to this method, not all the product and not all the fluid is heated, but only the area of their contact; to increase the productivity of the process and the quality of the coating due to mixing of the liquid and to achieve the greatest wear resistance by carrying out the process at a surface temperature of the product that is optimal for a particular bis-arene chromium compound.

Claims

The method of coating metal products, including placing the product in a reaction chamber filled with a working fluid, and heating the surface of the product with high-frequency currents, characterized in that bis-arene compounds of chromium are used as the working fluid, the surface of the product is heated to a temperature inside the decay temperature range of the corresponding bis-arene compound, the liquid being forcedly mixed during the coating process.