RU2215819C2 - Abrasion-resistant cover for articles with conjugable surfaces - Google Patents

Abrasion-resistant cover for articles with conjugable surfaces Download PDF

Info

Publication number
RU2215819C2
RU2215819C2 RU2000120834/02A RU2000120834A RU2215819C2 RU 2215819 C2 RU2215819 C2 RU 2215819C2 RU 2000120834/02 A RU2000120834/02 A RU 2000120834/02A RU 2000120834 A RU2000120834 A RU 2000120834A RU 2215819 C2 RU2215819 C2 RU 2215819C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
friction
adhesion
composition
parts
Prior art date
Application number
RU2000120834/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000120834A (en
Inventor
А.В. Лобанов
С.Ю. Курманов
В.А. Лобанов
А.И. Семенченок
кова Ю.А. Дь
Ю.А. Дьякова
Original Assignee
Уральский электрохимический комбинат
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 Уральский электрохимический комбинат filed Critical Уральский электрохимический комбинат
Priority to RU2000120834/02A priority Critical patent/RU2215819C2/en
Publication of RU2000120834A publication Critical patent/RU2000120834A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2215819C2 publication Critical patent/RU2215819C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: chemical technology. SUBSTANCE: cover of internal surface of article comprises TixAl1-xN, wherein value x is in the limits from 0.1 to 0.2. Cover of external surface of article comprises TitAl1-tN, wherein value t is in the limits from 0.8 to 0.9 and it comprises ZryAl1-yN, additionally wherein value y is in the limits from 0.2 to 0.3. Invention can be used in applying cover on articles forming friction pair by electric arc discharge in atmosphere of chemically inert gases. Invention provides the enhancement of safety in working friction pair using proposed covers. EFFECT: valuable properties of covers. 2 cl, 6 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области нанесения покрытий на детали машин с помощью электродугового разряда в атмосфере химически активных газов и может быть использовано в машиностроении, космостроении и автомобилестроении. The invention relates to the field of coating on machine parts using an electric arc discharge in the atmosphere of chemically active gases and can be used in mechanical engineering, space engineering and automotive.

Известно нанесение покрытия на основе карбида титана (ТiC) методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) на вкладыш подшипника, а на шарики подшипника - покрытия из нитрида титана (TiN) - методом физического осаждения из газовой фазы (PVD) (Симпозиум Государственного комитета СССР по науке и технике. Дом научно-технической пропаганды, Москва и фирмы Лейбольд-Гореус (ФРГ), под ред. доктора Детлева Репеннинг, стр.9, 1986 г.). It is known that titanium carbide (TiC) -based coatings are applied by chemical vapor deposition (CVD) on a bearing shell, and titanium nitride (TiN) coatings are coated on bearing balls by physical vapor deposition (PVD) (Symposium of the USSR State Committee in Science and Technology, House of Scientific and Technical Propaganda, Moscow and Leibold-Goreus (Germany), under the editorship of Dr. Detlev Repenning, p. 9, 1986).

Однако, как показали производственные испытания, нанесение на пару трения "полый цилиндр" покрытия из карбида титана, а на стержень - покрытия из нитрида титана характеризуется высоким коэффициентом трения и низкой износостойкостью по сравнению с ожидаемой. However, as production tests have shown, applying a “hollow cylinder” of friction to a titanium carbide coating on a friction pair and titanium nitride coatings to the rod is characterized by a high coefficient of friction and low wear resistance compared to expected.

Причина низкой работоспособности указанной пары заключается в том, что на изделие "полый цилиндр" наносят покрытие из карбида титана методом осаждения из газовой фазы. Покрытие из карбида титана наносят на стальную подложку при температуре 1000oС, в этом случае происходит диффузия железа и хрома из подложки в покрытие. Кроме того, покрытие из карбида титана имеет крупнозернистую структуру и высокую шероховатость поверхности.The reason for the low efficiency of this pair is that the product is hollow cylinder is coated with titanium carbide by vapor deposition. A titanium carbide coating is applied to a steel substrate at a temperature of 1000 ° C. , in this case, iron and chromium diffuse from the substrate into the coating. In addition, the titanium carbide coating has a coarse-grained structure and high surface roughness.

Покрытие из TiN, которое наносят на стальную подложку при температуре 500oС, имеет мелкозернистую структуру. Ввиду того, что покрытие из карбида титана имеет высокую твердость и шероховатость, а также в покрытии присутствует железо, приработка пары трения не происходит. Высокая шероховатость поверхности и высокая твердость приводят к увеличению коэффициента трения и изнашиванию детали с износоустойчивым покрытием, имеющим меньшую микротвердость. Известная пара трения характеризуется низкими трибологическими характеристиками и эксплутационными свойствами.The TiN coating, which is applied to the steel substrate at a temperature of 500 ° C. , has a fine-grained structure. Due to the fact that the titanium carbide coating has high hardness and roughness, as well as iron is present in the coating, the running-in of the friction pair does not occur. High surface roughness and high hardness lead to an increase in the coefficient of friction and wear of the part with a wear-resistant coating having lower microhardness. Known friction pair is characterized by low tribological characteristics and operational properties.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической цели и достигаемому результату является применение покрытия из нитрида титана в системе палец-диск. Исследования, проведенные на образцах, показывают достаточно высокую работоспособность как в вакууме, так и в воздухе (журнал "Порошковая металлургия", 30, 1987г., стр.5). The closest to the claimed technical solution for the technical purpose and the achieved result is the use of a coating of titanium nitride in the finger-disk system. Studies conducted on the samples show a fairly high performance both in vacuum and in air (the journal "Powder metallurgy", 30, 1987, p. 5).

Однако, как показали производственные испытания, нанесение покрытия из нитрида титана на пару трения "полый цилиндр" - стержень не обеспечивает заданной работоспособности, что обусловлено следующими причинами. However, as production tests showed, the coating of titanium nitride on a friction pair "hollow cylinder" - the rod does not provide the specified performance, due to the following reasons.

Нанесение покрытия из нитрида титана на внутреннюю поверхность полого цилиндра не обеспечивает заданной толщины покрытия. Кроме того, внутренний слой покрытия имеет недостаточную адгезию с подложкой. The coating of titanium nitride on the inner surface of the hollow cylinder does not provide the specified coating thickness. In addition, the inner coating layer has insufficient adhesion to the substrate.

Поэтому при движении стержня по внутренней поверхности втулки из-за слабой адгезии покрытие легко снимается и происходит трение между отслоившимся от внутренней поверхности порошка из нитрида титана и покрытия, нанесенного на наружную поверхность стержня. Therefore, when the rod moves along the inner surface of the sleeve due to poor adhesion, the coating is easily removed and friction occurs between the titanium nitride powder exfoliated from the inner surface and the coating applied to the outer surface of the rod.

В этом случае коэффициент трения (μ) увеличивается, а срок службы данной пары уменьшается. In this case, the friction coefficient (μ) increases, and the service life of this pair decreases.

Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы деталей с сопрягаемыми поверхностями. The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of parts with mating surfaces.

Поставленная задача достигается путем подбора оптимального сочетания покрытия наружных поверхностей и внутренних поверхностей сопрягаемых деталей. Для этого содержит в качестве нитрида титана TixAl1-хN, где х = 0,1 - 0,2, при этом покрытие наружной поверхности содержит в качестве нитрида титана ТitAl1-tN, где t = 0,8 - 0,9, а также дополнительно содержит ZryAl1-yN, где у = 0,2 - 0,3. Кроме того, состав покрытия для наружных поверхностей деталей с сопрягаемыми поверхностями содержит вводимые компоненты в следующем соотношении по массовым процентам: TitAl1-tN - 70-80%; ZryAl1-yN - 20-30%.The task is achieved by selecting the optimal combination of coating the outer surfaces and the inner surfaces of the mating parts. For this, it contains Ti x Al 1-x N as titanium nitride, where x = 0.1 - 0.2, while the outer surface coating contains Ti t Al 1-t N as titanium nitride, where t = 0.8 - 0.9, and also additionally contains Zr y Al 1-y N, where y = 0.2 - 0.3. In addition, the coating composition for the outer surfaces of parts with mating surfaces contains input components in the following ratio by weight percent: Ti t Al 1-t N - 70-80%; Zr y Al 1-y N - 20-30%.

Поскольку нанесение покрытия из нитрида титана электродуговым способом на внутреннюю поверхность цилиндра практически невозможно, то с целью улучшения адгезии покрытие наносят путем одновременного испарения титана и алюминия в среде азота. При этом экспериментально был подобран состав покрытия TixAl1-xN, где х = 0,1 - 0,2. Полученное покрытие обладает высокой проникающей способностью и обеспечивает высокую прочность сцепления между покрытием и подложкой.Since the coating of titanium nitride by an electric arc method on the inner surface of the cylinder is practically impossible, in order to improve adhesion, the coating is applied by simultaneously evaporating titanium and aluminum in a nitrogen environment. In this case, the composition of the coating Ti x Al 1-x N was experimentally selected, where x = 0.1 - 0.2. The resulting coating has high penetration and provides high adhesion between the coating and the substrate.

Введение небольшого количества алюминия в плазму титана в среде азота, наносимого на наружную поверхность сопрягаемых деталей, приводит к образованию ТitAl1-tN, где t = 0,8 - 0,9, со свойствами, близкими к свойствам нитрида титана. Однако из-за значительной разницы между коэффициентами линейного расширения пор покрытия и подложки возможно отслоение покрытия. Это в конечном итоге приводит к повышению коэффициента трения и снижению эксплуатационных свойств. Поэтому в покрытие, состоящее из нитрида титана, кроме ТitAl1-tN вводят еще и ZryAl1-yN, где у = 0,2 - 0,3.The introduction of a small amount of aluminum into the titanium plasma in a nitrogen medium deposited on the outer surface of the mating parts leads to the formation of Ti t Al 1-t N, where t = 0.8 - 0.9, with properties similar to those of titanium nitride. However, due to the significant difference between the linear expansion coefficients of the pores of the coating and the substrate, peeling of the coating is possible. This ultimately leads to an increase in the coefficient of friction and a decrease in operational properties. Therefore, in addition to Ti t Al 1-t N, Zr y Al 1-y N is also introduced into the coating consisting of titanium nitride, where y = 0.2 - 0.3.

Введение добавки ZryАl1-yN путем одновременного испарения циркония и алюминия приводит к получению особо мелкозернистой структуры с величиной зерна, равной 50 Нм или 5х10-2 мкм. За счет введения ZryAl1-yN увеличивается прочность сцепления между покрытием и подложкой. Кроме того, определено оптимальное соотношение между дополнительно вводимыми TitAl1-tN и ZryAl1-yN, равное 70-80% (по массе) ТitAl1-tN и 30-20% (по массе) ZryAl1-yN.The introduction of the additive Zr y Al 1-y N by simultaneous evaporation of zirconium and aluminum results in a particularly fine-grained structure with a grain size equal to 50 Nm or 5x10 -2 microns. By introducing Zr y Al 1-y N, the adhesion between the coating and the substrate increases. In addition, the optimal ratio between the additionally introduced Ti t Al 1-t N and Zr y Al 1-y N equal to 70-80% (by weight) Ti t Al 1-t N and 30-20% (by weight) was determined Zr y Al 1-y N.

Обоснование заявляемого физико-химического состава покрытия для внутренних поверхностей сопрягаемых деталей. Justification of the claimed physico-chemical composition of the coating for the inner surfaces of the mating parts.

Для обоснования заявляемого физико-химического состава покрытия на образцы размером 20х20х10 мм, изготовленные, например, из нержавеющей стали марки 12Х1810Т, наносили 7 различных составов покрытий толщиной от 3 до 5 мкм. Затем определялась величина прочности сцепления покрытия с нержавеющей подложкой методом склерометрии. Критерием качественного нанесения покрытия является величина критической нормальной силы не менее 45 Н, то есть это величина адгезии покрытия из TixAl1-xN, нанесенного методом физического осаждения ив газовой фазы.To substantiate the claimed physicochemical composition of the coating, samples of 20 × 20 × 10 mm in size, made, for example, of 12X1810T stainless steel, were coated with 7 different coating compositions with a thickness of 3 to 5 μm. Then, the adhesion strength of the coating to the stainless substrate was determined by sclerometry. The criterion for high-quality coating is a critical normal force of at least 45 N, that is, this is the adhesion value of a Ti x Al 1-x N coating deposited by physical vapor deposition of the willow gas.

Результаты испытаний представлены в таблице 1. The test results are presented in table 1.

Как видно из данных таблицы 1, только покрытие физико-химического состава TiхAl1-хN, где х = 0,1 - 0,2, обеспечивает достаточную адгезию, а при выходе за указанные пределы величина критической нормальной силы уменьшается, т.е. уменьшается прочность сцепления покрытия или адгезия.As can be seen from the data in Table 1, only the coating of the physicochemical composition Ti x Al 1-x N, where x = 0.1 - 0.2, provides sufficient adhesion, and when these limits are exceeded, the critical normal force decreases, t. e. the adhesion of the coating or adhesion decreases.

Обоснование заявляемого физико-химического состава покрытия для наружных поверхностей деталей с сопрягаемыми поверхностями. Justification of the claimed physico-chemical composition of the coating for the outer surfaces of parts with mating surfaces.

Согласно заявляемому техническому решению в состав покрытия, состоящего из нитрида титана, дополнительно введены TitAl1-tN, где t = 0,8 - 0,9, и ZryAl1-yN, где у = 0,2 - 0,3.According to the claimed technical solution, Ti t Al 1-t N, where t = 0.8 - 0.9, and Zr y Al 1-y N, where y = 0.2 - are additionally introduced into the coating composition consisting of titanium nitride 0.3.

Вначале определялось необходимое в данном составе содержание ТitAl1-tN. Для обоснования заявляемого физико-химического состава покрытия на образцы размером 20х20х10 мм, изготовленные, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, наносили 7 различных составов покрытий толщиной от 3 до 5 мкм. Затем определялась величина прочности сцепления покрытия с нержавеющей подложкой методом склерометрии. Критерием качественного нанесения покрытия является величина критической нормальной силы не менее 35 Н, то есть это величина адгезии покрытия из ТitAl1-tN, нанесенного методом физического осаждения из газовой фазы.Initially determined necessary in the composition the content of Ti t Al 1-t N. To substantiate the claimed physico-chemical composition of the coating on samples measuring 20h20h10 mm, made for example of stainless steel 12X18H10T, 7 different formulations applied coating thickness of 3 to 5 microns . Then, the adhesion strength of the coating to the stainless substrate was determined by sclerometry. The criterion for high-quality coating is a critical normal force of at least 35 N, that is, this is the adhesion value of a Ti t Al 1-t N coating deposited by physical vapor deposition.

Результаты испытаний представлены в таблице 2. The test results are presented in table 2.

Как видно из таблицы 2, покрытие, состоящее из ТitАl1-tN, где t = 0,8 - 0,9, обеспечивает достаточную адгезию для нанесения на наружную поверхность, но не обеспечивает заданную величину зерна, равную 100-150 мкм. Поэтому для получения мелкозернистой структуры с величиной зерна, равной 50 Нм, в покрытие дополнительно введен ZryAl1-yN, где у = 0,2 - 0,3, что позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с поверхностью детали.As can be seen from table 2, the coating, consisting of Ti t Al 1-t N, where t = 0.8 - 0.9, provides sufficient adhesion for application to the outer surface, but does not provide a given grain size equal to 100-150 microns . Therefore, to obtain a fine-grained structure with a grain size equal to 50 Nm, Zr y Al 1-y N is additionally introduced into the coating, where y = 0.2 - 0.3, which allows to increase the adhesion strength of the coating to the surface of the part.

Обоснование граничных значений компонента ZryАl1-yN, где у = 0,2 - 0,3.Justification of the boundary values of the component Zr y Al 1-y N, where y = 0.2 - 0.3.

Для обоснования заявляемого физико-химического состава покрытия на образцы размером 20х20х10 мм, изготовленные, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, наносили 7 различных составов покрытий толщиной от 3 до 5 мкм при t = 0,8 в ТitAl1-tN. Затем определялась величина прочности сцепления покрытия с нержавеющей подложкой методом склерометрии. Критерием качественного нанесения покрытия является величина критической нормальной силы не менее 42 H, то есть это величина адгезии покрытия из TitAl1-tN, нанесенного методом физического осаждения из газовой фазы.To justify the claimed physicochemical composition of the coating, samples of 20 × 20 × 10 mm in size, made, for example, of stainless steel 12X18H10T, were coated with 7 different coating compositions with a thickness of 3 to 5 μm at t = 0.8 in Ti t Al 1-t N. Then, the adhesion strength of the coating to the stainless substrate was determined by sclerometry. The criterion for high-quality coating is a critical normal force of at least 42 H, that is, this is the adhesion value of a Ti t Al 1-t N coating deposited by physical vapor deposition.

Результаты испытаний представлены в таблице 3. The test results are presented in table 3.

Как видно из таблицы, добавленный в покрытие ZryAl1-yN с у = 0,2 - 0,3 обеспечивает необходимую адгезию покрытия к подложке, а при выходе значения "у" за указанные пределы адгезия покрытия снижается.As can be seen from the table, Zr y Al 1-y N with y = 0.2 - 0.3 added to the coating provides the necessary adhesion of the coating to the substrate, and when the value of "y" exceeds the specified limits, the adhesion of the coating decreases.

Обоснование процентного соотношения ТitAl1-tN и ZryAl1-yN в заявляемом физико-химическом составе покрытия.The rationale for the percentage of Ti t Al 1-t N and Zr y Al 1-y N in the claimed physico-chemical composition of the coating.

Для обоснования заявляемого физико-химического состава покрытия на образцы размером 20х20х10 мм, изготовленные, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, наносили 7 различных составов покрытий из Тi0,8Аl0,2N и Zr0,3A10,7N толщиной 3-5 мкм. Затем определялась величина прочности сцепления покрытия с нержавеющей подложкой методом склерометрии. Критерием качественного нанесения покрытия является величина критической нормальной силы не менее 42 Н, то есть это величина адгезии покрытия из TitAl1-tN, осажденного методом физического осаждения из газовой фазы (PVD).To justify the claimed physicochemical composition of the coating, samples of 20 × 20 × 10 mm in size, made, for example, of 12Kh18N10T stainless steel, were coated with 7 different coatings of Ti 0.8 Al 0.2 N and Zr 0.3 A1 0.7 N thick 3-5 microns. Then, the adhesion strength of the coating to the stainless substrate was determined by sclerometry. The criterion for high-quality coating is a critical normal force of at least 42 N, that is, this is the adhesion value of a Ti t Al 1-t N coating deposited by physical vapor deposition (PVD).

Результаты испытаний приведены в таблице 4. The test results are shown in table 4.

Как видно из результатов, представленых в таблице 4, только состав покрытия, состоящий из 70-80 % TitAl1-tN и 20-30 % ZryAl1-yN, обеспечивает необходимую адгезию покрытия к подложке и при выходе за заявляемые пределы величина прочности сцепления покрытия (адгезия) с подложкой уменьшается.As can be seen from the results presented in table 4, only the coating composition, consisting of 70-80% Ti t Al 1-t N and 20-30% Zr y Al 1-y N, provides the necessary adhesion of the coating to the substrate and when leaving claimed limits the adhesion strength of the coating (adhesion) to the substrate is reduced.

Обоснование целесообразности нанесения на наружные и внутренние поверхности сопрягаемых деталей заявляемых составов покрытий. The rationale for the application of the claimed coating compositions to the external and internal surfaces of the mating parts.

Для обоснования трибологических свойств покрытий заявляемого физико-химического состава были изготовлены 10 штифтов размером диаметра 10 мм и 10 дисков, например, из нержавеющей стали марки 12Х18ШОТ. Размер диска равен: диаметр 50 мм, толщина 10 мм. На поверхности дисков наносили покрытие заявляемого физико-химического состава, а именно Тi0,1Al0,9N, а на штифты наносили 6 покрытий следующего состава: TiN, Ti0,8Al0,2N, Ti0,6Al0,4N, Ti0,5Al0,5N, Ti0,4Al0,6N, Ti0,3Al0,7N. Затем образцы были установлены на машине трения, где производили измерение коэффициента трения. Критерием, удовлетворяющим способность пары трения, является коэффициент трения μ, равный 0,2.To justify the tribological properties of the coatings of the claimed physicochemical composition, 10 pins with a diameter of 10 mm and 10 disks, for example, made of 12X18ShOT stainless steel, were made. The disk size is: diameter 50 mm, thickness 10 mm. The surface of the disks was coated with the claimed physicochemical composition, namely Ti 0.1 Al 0.9 N, and the pins were coated with 6 coatings of the following composition: TiN, Ti 0.8 Al 0.2 N, Ti 0.6 Al 0 , 4 N, Ti 0.5 Al 0.5 N, Ti 0.4 Al 0.6 N, Ti 0.3 Al 0.7 N. Then the samples were installed on a friction machine, where the friction coefficient was measured. A criterion satisfying the ability of a friction pair is a friction coefficient μ of 0.2.

Результаты испытаний представлены в таблице 5. The test results are presented in table 5.

Таким образом, как видно из таблицы 5, при нанесении покрытия TitAl1-tN, где t = 0,8 - 0,9, на наружные поверхности деталей с сопрягаемыми поверхностями и нанесении покрытия TixAl1-xN, где х = 0,1 - 0,2, на внутреннюю поверхность детали с сопрягаемыми поверхностями коэффициента трения μ имеет значение, равное 0,3. Однако этот коэффициент не удовлетворяет требуемому критерию.Thus, as can be seen from table 5, when coating Ti t Al 1-t N, where t = 0.8 - 0.9, on the outer surfaces of the parts with mating surfaces and coating Ti x Al 1-x N, where x = 0.1 - 0.2, on the inner surface of the part with the mating surfaces of the coefficient of friction μ has a value equal to 0.3. However, this coefficient does not satisfy the required criterion.

Для снижения коэффициента трения пары трения в покрытие, предназначенное для наружных поверхностей сопрягаемых деталей, дополнительно согласно заявляемому техническому решению вводится ZryАl1-уN, где у = 0,2 - 0,3.To reduce the coefficient of friction of a friction pair in a coating intended for the outer surfaces of the mating parts, in addition according to the claimed technical solution, Zr y Al 1-y N is introduced, where y = 0.2 - 0.3.

Для испытания трибологических свойств покрытия заявляемого физико-химического состава было изготовлено 10 штифтов диаметром 10 мм, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. To test the tribological properties of the coating of the claimed physicochemical composition, 10 pins with a diameter of 10 mm were made, for example, of stainless steel grade 12X18H10T.

На штифты наносили покрытие Ti0,8Al0,2N - 80%, ZryAl1-yN - 20%, а на диски наносили покрытие Ti0,1Al0,9N. Затем образцы устанавливали на машине трения и измеряли коэффициент трения (μ). Критерием, удовлетворяющим работоспособность пары трения, является коэффициент трения μ, равный 0,2.The pins were coated with Ti 0.8 Al 0.2 N - 80%, Zr y Al 1-y N - 20%, and the discs were coated with Ti 0.1 Al 0.9 N. Then, the samples were mounted on a friction machine and measured the coefficient of friction (μ). A criterion that satisfies the performance of a friction pair is a coefficient of friction μ of 0.2.

Результаты проведенных измерений представлены в таблице 6. The results of the measurements are presented in table 6.

Как видно из таблицы 6, только заявляемый состав покрытий, наносимых на наружную поверхность и внутреннюю поверхность сопрягаемых деталей, обеспечивает минимальный коэффициент трения, равный 0,2. При выходе за указанные пределы коэффициент трения увеличивается. As can be seen from table 6, only the claimed composition of the coatings applied to the outer surface and the inner surface of the mating parts provides a minimum coefficient of friction equal to 0.2. When going beyond these limits, the coefficient of friction increases.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Для определения надежности работы пары трения деталей с сопрягаемыми поверхностями был взят полый цилиндр с внутренним отверстием диаметра 60+0,19мм, изготовленный, например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и шероховатостью поверхности, равной 0,04 мкм. В качестве стержня применялся шток, изготовленный, например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, имеющий наружный диаметр, равный 60-0,1 мм.To determine the reliability of the work of a friction pair of parts with mating surfaces, a hollow cylinder was taken with an internal hole of diameter 60 +0.19 mm, made, for example, of stainless steel 12X18H10T and with a surface roughness of 0.04 μm. A rod made, for example, of stainless steel 12X18H10T, having an outer diameter of 60-0.1 mm, was used as a rod.

Для нанесения покрытия заявляемого состава на сопрягаемые поверхности деталей использовалась вакуумная установка "Булат-6". To coat the claimed composition on the mating surfaces of the parts, the Bulat-6 vacuum unit was used.

В камеру вакуумной установки устанавливают стержень и катод для нанесения покрытия состава ТitAl1-tN, где t = 0,8 - 0,9 и ZryAl1-yN, где у = 0,2 - 0,3, а % массовое соотношение равно ТitАl1-tN - 70-80%, ZryAl1-yN - 20-30%, затем вакуумную камеру установки "Булат-6" откачивают до остаточного давления, равного 6•10-3 мм рт. ст. и производят нагрев деталей до температуры 300oС. Затем в процессе ионной бомбардировки и производят напуск азота до давления 5•10-3 мм рт.ст. с одновременным включением катода для получения покрытия заявляемого физико-химического состава.A rod and a cathode are installed in the chamber of the vacuum unit for coating the composition Ti t Al 1-t N, where t = 0.8 - 0.9 and Zr y Al 1-y N, where y = 0.2 - 0.3, and% mass ratio is equal to Ti t Al 1-t N - 70-80%, Zr y Al 1-y N - 20-30%, then the vacuum chamber of the Bulat-6 installation is pumped out to a residual pressure of 6 • 10 - 3 mmHg Art. and the parts are heated to a temperature of 300 o C. Then, during the ion bombardment, nitrogen is admitted to a pressure of 5 • 10 -3 mm Hg. with the simultaneous inclusion of the cathode to obtain the coating of the claimed physico-chemical composition.

Таким образом было нанесено покрытие Ti0,1Аl0,9N - 80% и Zr0,2Al0,8N - 20% толщиной 3-5 мкм на стержень. После нанесения покрытия изделие извлекли из камеры установки "Булат-6".Thus, a coating of Ti 0.1 Al 0.9 N - 80% and Zr 0.2 Al 0.8 N - 20% with a thickness of 3-5 μm on the rod was applied. After coating, the product was removed from the camera installation "Bulat-6".

Затем в вакуумную камеру установки "Булат-6" устанавливают полый цилиндр и откачивают до остаточного давления, равного 6•10-3 мм рт.ст. После этого детали нагревают до температуры 300oС в процессе ионной бомбардировки, затем производят напуск азота до парциального давления, равного 6•10-3 мм рт.ст. с одновременным нанесением покрытия TiхAl1-хN на внутреннюю поверхность полого цилиндра, где х = 0,1 - 0,2.Then, a hollow cylinder is installed in the vacuum chamber of the Bulat-6 installation and pumped out to a residual pressure equal to 6 • 10 -3 mm Hg. After that, the parts are heated to a temperature of 300 o C in the process of ion bombardment, then nitrogen is puffed up to a partial pressure equal to 6 • 10 -3 mm Hg. with simultaneous coating of Ti x Al 1-x N on the inner surface of the hollow cylinder, where x = 0.1 - 0.2.

Таким образом на внутреннюю поверхность полого цилиндра было нанесено покрытие Ti0,1Al0,2N толщиной 3-5 мм.Thus, a coating of Ti 0.1 Al 0.2 N with a thickness of 3-5 mm was applied to the inner surface of the hollow cylinder.

Испытание пары трения производили при температуре 100oС и влажности воздуха 80%.Test the friction pair was carried out at a temperature of 100 o C and an air humidity of 80%.

Для проведения испытания стрежень был установлен во внутрь полой втулки. Затем стержень совершал 4-6 двойных ходов со скоростью, равной 5 мм/мин, и после этого его останавливали на 24 часа. Таким образом было проведено 20 циклов. Критерием надежности пары трения являлось отсутствие задержки движения стержня, при этом шероховатость покрытия равнялась 30-50 нм, а микротвердость покрытия была Hμ=2900 кг/мм2.For testing, the rod was installed inside the hollow sleeve. Then the rod made 4-6 double strokes with a speed equal to 5 mm / min, and after that it was stopped for 24 hours. Thus, 20 cycles were carried out. The reliability criterion for the friction pair was the lack of delay in the movement of the rod, while the roughness of the coating was 30-50 nm, and the microhardness of the coating was H μ = 2900 kg / mm 2 .

Несмотря на то что в покрытиях на обеих сопрягаемых деталях присутствует алюминий, адгезия взаимодействующих материалов не происходит. Сопрягаемые поверхности деталей хорошо притираются. Коэффициент трения ранен 0.1. Все вышеуказанные факторы свидетельствуют о надежности узла трения. Despite the presence of aluminum in the coatings on both mating parts, adhesion of the interacting materials does not occur. The mating surfaces of the parts are well rubbed. The friction coefficient is wounded 0.1. All of the above factors indicate the reliability of the friction unit.

Анализ на существенность отличий. Analysis of the materiality of the differences.

При анализе на существенность отличий среди известных технических решений было обнаружено получение покрытий заданного физико-химического состава, например Ti0,4А10,6N, Ti0,5Al0,5N, Ti0,15Al0,85N (см. Properties of TiхAlxN cooting tools by the catthodic arc ion playtting method American Vacuum Society).When analyzing the significance of differences among the known technical solutions, it was found that coatings of a given physicochemical composition were obtained, for example, Ti 0.4 A1 0.6 N, Ti 0.5 Al 0.5 N, Ti 0.15 Al 0.85 N ( see Properties of Ti x Al x N cooting tools by the catthodic arc ion playtting method American Vacuum Society).

В указанной статье приведены факты изучения известных составов покрытий с целью повышения срока службы режущего инструмента, изготовленного из нержавеющей стали, состоящей из 18% хрома, 10% никеля, остальное - железо. Состав покрытия для внутренних поверхностей деталей с сопрягаемыми поверхностями TiхAl1-хN, где x = 0,1 - 0,2, и состав покрытия наружных поверхностей деталей с сопрягаемыми поверхностями из TitAl1-tN, где t = 0,8 - 0,9, и ZrуAl1-yN, где у = 0,2 - 0,3, а % массовое соотношение равно TitAl1-tN - 70-80%, ZiyAl1-уN 20-30%, был подобран экспериментально и в известной авторам технической литературе не описан.This article presents the facts of studying known coating compositions in order to increase the service life of a cutting tool made of stainless steel, consisting of 18% chromium, 10% nickel, the rest is iron. The coating composition for the inner surfaces of parts with mating surfaces Ti x Al 1-x N, where x = 0.1 - 0.2, and the coating composition for the outer surfaces of parts with mating surfaces made of Ti t Al 1-t N, where t = 0 , 8 - 0.9, and Zr for Al 1-y N, where y = 0.2 - 0.3, and the% mass ratio is Ti t Al 1-t N - 70-80%, Zi y Al 1- y N 20-30%, was chosen experimentally and technical literature known to the authors is not described.

Tаким образом, известное техническое решение ни по цели, ни по достигаемому результату не совпадает с заявляемым техническим решением, поэтому соответствует критерию "существенные отличия". Thus, the known technical solution neither for the purpose nor for the achieved result does not coincide with the claimed technical solution, therefore, meets the criterion of "significant differences".

Использование заявляемого технического решения для деталей с сопрягаемыми поверхностями имеет определенные преимущества. Так, увеличивается срок службы пары трения в 2 раза. Кроме того, применение заявляемого технического решения обеспечивает надежность работы пары трения. The use of the claimed technical solution for parts with mating surfaces has certain advantages. So, the service life of a friction pair is increased by 2 times. In addition, the use of the proposed technical solution ensures the reliability of the friction pair.

Источники информации
1. Симпозиум Государственного комитета СССР по науке и технике, Дом научно-технической пропаганды, Москва и фирмы Лейбольд-Гереус (ФРГ), под ред. доктора Детлева Репеннинг, стр.9, 1986 г.
Sources of information
1. Symposium of the USSR State Committee on Science and Technology, House of Scientific and Technical Propaganda, Moscow, and Leibold-Hereus (Germany), ed. Dr. Detlev Repenning, p. 9, 1986

2. "Порошковая металлургия" 30, 1987г., стр.5). 2. "Powder metallurgy" 30, 1987, p. 5).

3. Properties of TiхAl1-хN cooting tools by the catthodic arc ion playtting method American Vacuum Society. J.Vac Sci,Technol. A 10(4) Jul/Aug 1992. American Vacuum Society.3. Properties of Ti x Al 1-x N cooting tools by the catthodic arc ion playtting method American Vacuum Society. J. Vac Sci, Technol. A 10 (4) Jul / Aug 1992. American Vacuum Society.

Claims (2)

1. Износостойкое покрытие деталей с сопрягаемыми поверхностями, содержащее нитрид титана, отличающееся тем, что покрытие внутренней поверхности детали содержит в качестве нитрида титана TixAl1-xN, где х = 0,1-0,2, при этом покрытие наружной поверхности детали содержит в качестве нитрида титана TitAl1-tN, где t = 0,8-0,9, а также дополнительно содержит ZryAl1-yN, где у = 0,2-0,3.1. Wear-resistant coating of parts with mating surfaces, containing titanium nitride, characterized in that the coating of the inner surface of the part contains titanium nitride Ti x Al 1-x N, where x = 0.1-0.2, while the coating of the outer surface details contains as titanium nitride Ti t Al 1-t N, where t = 0.8-0.9, and also additionally contains Zr y Al 1-y N, where y = 0.2-0.3. 2. Износостойкое покрытие по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит компоненты покрытия наружной поверхности детали в следующем соотношении: TitAl1-tN - 70-80%, ZryAl1-yN - 20-30%.2. The wear-resistant coating according to claim 1, characterized in that it contains coating components of the outer surface of the part in the following ratio: Ti t Al 1-t N - 70-80%, Zr y Al 1-y N - 20-30%.
RU2000120834/02A 2000-08-02 2000-08-02 Abrasion-resistant cover for articles with conjugable surfaces RU2215819C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000120834/02A RU2215819C2 (en) 2000-08-02 2000-08-02 Abrasion-resistant cover for articles with conjugable surfaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000120834/02A RU2215819C2 (en) 2000-08-02 2000-08-02 Abrasion-resistant cover for articles with conjugable surfaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000120834A RU2000120834A (en) 2002-08-10
RU2215819C2 true RU2215819C2 (en) 2003-11-10

Family

ID=32026408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000120834/02A RU2215819C2 (en) 2000-08-02 2000-08-02 Abrasion-resistant cover for articles with conjugable surfaces

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2215819C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Порошковая металлургия. - 1987, №30, с.5. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deng et al. Comparative study on wear behavior of plasma sprayed Al2O3 coatings sliding against different counterparts
Ye et al. Influences of bias voltage on the microstructures and tribological performances of Cr–C–N coatings in seawater
US8202615B2 (en) Nitrogen-containing amorphous carbon-type film, amorphous carbon-type lamination film, and sliding member
Oguri et al. Low friction coatings of diamond-like carbon with silicon prepared by plasma-assisted chemical vapor deposition
KR20140006938A (en) Sliding component coated with metal-comprising carbon layer for improving wear and friction behavior by tribological applications under lubricated conditions
Yoon et al. Comparison for mechanical properties between TiN and TiAlN coating layers by AIP technique
Kolawole et al. The improvement of diamond-like carbon coatings for tribological and tribo-corrosion applications in automobile engines: an updated review study
Zhang et al. The preparation and mechanical properties of Al-containing aC: H thin films
Ersoy et al. Tribological properties of carbon coatings produced by high temperature chlorination of silicon carbide
Wang et al. Effect of tribochemistry on friction behavior of fluorinated amorphous carbon films against aluminum
Ma et al. Achieving superlubricity and high adhesion strength of hydrogenated amorphous carbon film with Al/Cr/Si-doping
RU2215819C2 (en) Abrasion-resistant cover for articles with conjugable surfaces
Lyakhovetskiy et al. Tribological properties of solid lubricating coatings of the TiN-Pb system at various Pb content
Aborkin et al. Friction and wear of nitride and carbide coatings in contact with aluminum
Gilewicz et al. Wear and corrosion behavior of CrCN/CrN coatings deposited by cathodic arc evaporation on nitrided 42CrMo4 steel substrates
Precht et al. Structure and tribological properties of carbon and carbon nitride films, obtained by the ARC method
Pham et al. Tribochemical interactions of Si-doped DLC film against steel in sliding contact
Kong et al. Atomic layer-deposited Al 2 O 3 interlayer for improved tribological and anti-corrosion properties of TiN hard coating on 316L stainless steel
Shan et al. Tribological performances of CrAlN coating coupled with different ceramics in seawater
KR101354433B1 (en) The thin film and method for manufacturing thin film containing fluorine
JP5502677B2 (en) Metal plastic working tool with excellent lubrication characteristics and method for producing the same
Fang et al. Cold‐Sprayed Aluminum‐Silica Composite Coatings Enhance Antiwear/Anticorrosion Performances of AZ31 Magnesium Alloy
M Nuruzzaman et al. Friction and wear of diamond like carbon (DLC) coatings-A review
RU2763698C1 (en) Method for obtaining functional-gradient coatings on metal products
Küçükömeroğlu et al. Investigation of friction and wear behaviours of CuSn10 alloy in vacuum

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees