RU2506344C1 - Titanium nitride coating manufacturing method - Google Patents
Titanium nitride coating manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506344C1 RU2506344C1 RU2012145215/02A RU2012145215A RU2506344C1 RU 2506344 C1 RU2506344 C1 RU 2506344C1 RU 2012145215/02 A RU2012145215/02 A RU 2012145215/02A RU 2012145215 A RU2012145215 A RU 2012145215A RU 2506344 C1 RU2506344 C1 RU 2506344C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- titanium nitride
- titanium
- application
- nitride coating
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на поверхности деталей машин и может быть использовано в металлообработке.The invention relates to methods for applying wear-resistant coatings on the surface of machine parts and can be used in metalworking.
Известен способ нанесения покрытий нитрида титана [1], включающий очистку обрабатываемой поверхности и вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия с использованием реакционного газа, при этом обрабатываемое изделие помещают в вакуумную камеру установки, оснащенной магнетронами, электродуговыми испарителями и нагревателем, проводят очистку обрабатываемой поверхности в три этапа, на первом - в тлеющем разряде при бесконтактном нагреве поверхности нагревателем до 100°C, на втором - в плазме магнетронного разряда, на третьем - проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа (при нагреве поверхности до 300-350°C), затем наносят нижний слой титана и наносят чередующиеся слои нитрида титана и нитрида циркония в газовой смеси инертного и реакционного газов.A known method of applying titanium nitride coatings [1], including cleaning the treated surface and vacuum-plasma applying a multilayer coating using reaction gas, while the workpiece is placed in a vacuum chamber equipped with magnetrons, electric arc evaporators and a heater, the treated surface is cleaned in three stage, in the first - in a glow discharge during non-contact heating of the surface by a heater to 100 ° C, in the second - in a magnetron discharge plasma, in the third - wire Ion cleaning is carried out by an electric arc evaporator in an inert gas medium (when the surface is heated to 300-350 ° C), then a lower layer of titanium is applied and alternating layers of titanium nitride and zirconium nitride are applied in a gas mixture of inert and reaction gases.
Недостатком вышеописанного способа является сложность нанесения толстых покрытий (десятки и сотни микрометров) из-за низкой производительности используемого метода вакуумного осаждения, высокая энергоемкость нанесения покрытия, а также необходимость сильного нагрева основного материала, способная привести к нежелательным процессам (фазовым превращениям, разупрочнению, короблению детали и др.).The disadvantage of the above method is the difficulty of applying thick coatings (tens and hundreds of micrometers) due to the low productivity of the vacuum deposition method used, the high energy consumption of the coating, as well as the need for strong heating of the base material, which can lead to undesirable processes (phase transformations, softening, warpage of the part and etc.).
В качестве прототипа выбран способ [2], в котором помещают подложку в вакуумную камеру установки, оснащенную магнетронными распылителями, электродуговыми испарителями и резистивным нагревателем, проводят очистку поверхности подложки в тлеющем разряде при нагреве поверхности до 100°C, проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа (при нагреве поверхности до 300-350°C), затем наносят нижний слой титана и наносят чередующиеся слои нитридов титана и алюминия смеси инертного и реакционного газов.The method [2] was selected as a prototype, in which the substrate is placed in the vacuum chamber of the installation equipped with magnetron sprays, electric arc evaporators, and a resistive heater, the surface of the substrate is cleaned in a glow discharge when the surface is heated to 100 ° C, and ion cleaning is performed by an electric arc evaporator in a medium inert gas (when the surface is heated to 300-350 ° C), then a lower layer of titanium is applied and alternating layers of titanium nitrides and aluminum are applied, a mixture of inert and reaction gases.
Недостатком вышеописанного способа является сложность нанесения толстых покрытий (десятки и сотни микрометров) из-за низкой производительности используемого метода вакуумного осаждения, высокая энергоемкость нанесения покрытия, а также необходимость сильного нагрева основного материала, способная привести к нежелательным процессам (фазовым превращениям, разупрочнению, короблению детали и др.).The disadvantage of the above method is the difficulty of applying thick coatings (tens and hundreds of micrometers) due to the low productivity of the vacuum deposition method used, the high energy consumption of the coating, as well as the need for strong heating of the base material, which can lead to undesirable processes (phase transformations, softening, warpage of the part and etc.).
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении производительности процесса нанесения покрытия, снижении энергоемкости процесса и снижении нагрева подложки в процессе нанесения покрытия.The technical result of the present invention is to increase the productivity of the coating process, reducing the energy intensity of the process and reducing the heating of the substrate during the coating process.
Технический результат достигается тем, что выполняют очистку поверхности и наносят покрытие нитрида титана в среде реакционного газа, при этом очистку обрабатываемой поверхности производят пескоструйной обработкой, а покрытие наносят детонационным методом.The technical result is achieved by performing surface cleaning and coating of titanium nitride in the reaction gas medium, while cleaning the treated surface by sandblasting, and the coating is applied by the detonation method.
Поставленная задача решается за счет:The problem is solved by:
- использования для создания покрытия энергии взрыва детонирующей газовой смеси (ацетилен 50% -кислород 50%), а не электрической энергии, что повышает энергоэффективность процесса нанесения покрытия;- use to create the coating energy of the explosion of the detonating gas mixture (acetylene 50% oxygen 50%), and not electrical energy, which increases the energy efficiency of the coating process;
- отсутствия необходимости подогрева подложки, что также повышает энергоэффективность и предотвращает нежелательные термоактивируемые процессы (коробление поверхности, фазовые превращения, разупрочнение и др.) в материале подложки;- the absence of the need to heat the substrate, which also increases energy efficiency and prevents unwanted thermally activated processes (warpage of the surface, phase transformations, softening, etc.) in the substrate material;
- использования метода детонационного напыления, который обеспечивает высокую производительность процесса нанесения покрытия (при частоте выстрелов до 10 Гц за один выстрел наносится слой толщиной до 10 мкм).- using the method of detonation spraying, which provides high performance of the coating process (at a frequency of shots up to 10 Hz per layer, a layer with a thickness of up to 10 microns is applied).
Заявленный способ реализуется по следующим этапам:The claimed method is implemented in the following steps:
- Производят очистку подложки методом пескоструйной обработки.- The substrate is cleaned by sandblasting.
- Приготавливают смесь порошков титана и азида натрия.- Prepare a mixture of powders of titanium and sodium azide.
- Наносят детонационное покрытие нитрида титана с использованием приготовленной смеси порошков. Сущность происходящих процессов заключается в том, что при взрыве азид натрия разлагается с выделением большого количества азота, который является одновременно защитным и реакционным газом. Частицы титана в стволе детонационной установки разогреваются до температуры плавления и вступают в реакцию с азотом с образованием нитрида титана, осаждаемого на подложку в виде покрытия.- Apply a detonation coating of titanium nitride using the prepared mixture of powders. The essence of the processes is that during the explosion, sodium azide decomposes with the release of a large amount of nitrogen, which is both a protective and a reaction gas. The titanium particles in the barrel of the detonation installation are heated to the melting temperature and react with nitrogen to form titanium nitride, which is deposited on the substrate in the form of a coating.
Пример реализации.Implementation example.
Наносили покрытие нитрида титана на медную подложку с использованием автоматизированного детонационного комплекса «Дракон». Для осуществления реакции образования нитрида использовался азот, выделяемый в процессе термического разложении азида натрияTitanium nitride was coated on a copper substrate using the Dragon automated detonation complex. Nitrogen released during the thermal decomposition of sodium azide was used to carry out the nitride formation reaction.
NaN3→Na+N2+NNaN 3 → Na + N 2 + N
На протекание реакции идет только азот, выделяющийся при разложении азида натрия. Расчет масс компонентов, вступающих в реакцию с образованием нитрида титана TiN проводили по уравнению:The reaction proceeds only with nitrogen released during the decomposition of sodium azide. The calculation of the masses of the components that react with the formation of titanium nitride TiN was carried out according to the equation:
3Ti+NaN3=3TiN+Na3Ti + NaN 3 = 3TiN + Na
Исходные компоненты титан и азид натрия загружаются в челнок дозатора. Объем стандартной лунки челнока дозатора равен Vч=0,8·0,15·0,15=0,018 см3. Плотность загружаемой смеси .The starting components titanium and sodium azide are loaded into the shuttle of the dispenser. The volume of a standard well of the shuttle of the dispenser is equal to V h = 0.8 · 0.15 · 0.15 = 0.018 cm 3 . The density of the loaded mixture .
Масса загружаемой смеси равна Vч·ρ=0,0696 г. Определили массу порошка титана:The mass of the loaded mixture is equal to V h · ρ = 0.0696 g. The mass of titanium powder was determined:
. .
Таким образом, механическую смесь порошков готовили исходя из соотношения m(Ti)/m(NaN3)=3,15. Далее на медную подложку выполняли 300 выстрелов. Для снижения влияния воздушной среды ствол детонационной установки заполняли азотом под избыточным давлением 1,1 атм. Полученное покрытие имело толщину 40 мкм. Масса образованного слоя равна 300 мг. Цвет покрытия черный с налетом желтого цвета. В результате был проведен рентгенофазовый анализ полученного покрытия (фиг.1).Thus, a mechanical mixture of powders was prepared based on the ratio m (Ti) / m (NaN 3 ) = 3.15. Next, 300 shots were performed on a copper substrate. To reduce the influence of the air, the detonation installation barrel was filled with nitrogen at an overpressure of 1.1 atm. The resulting coating had a thickness of 40 μm. The mass of the formed layer is 300 mg. The coating color is black with a yellow coating. As a result, an x-ray phase analysis of the obtained coating was carried out (Fig. 1).
Из рентгенограммы видно, что побочные продукты типа оксида и гидроксида натрия в нитридах отсутствуют. Таким образом, результаты рентгенофазового анализа подтвердили возможность детонационного нанесения покрытий нитрида титана.The X-ray diffraction pattern shows that there are no by-products such as sodium oxide and hydroxide in nitrides. Thus, the results of x-ray phase analysis confirmed the possibility of detonation coating of titanium nitride.
На фиг.1 показана рентгенограмма полученного покрытия нитрида титана.Figure 1 shows the x-ray of the obtained coating of titanium nitride.
На фиг.2 представлена структура полученного покрытия нитрида титана.Figure 2 presents the structure of the obtained titanium nitride coating.
Используемая литератураUsed Books
1. Патент РФ №2361013. Способ получения износостойкого покрытия / В.Н. Анциферов, А.Л. Каменева, А.Ю. Клочков, Р.С. Новиков. Опубл. 10.07.2009, бюл. №19.1. RF patent No. 2361013. A method of obtaining a wear-resistant coating / V.N. Antsiferov, A.L. Kameneva, A.Yu. Klochkov, R.S. Novikov. Publ. 07/10/2009, bull. No. 19.
2. Патент РФ №2429311. Способ получения покрытия на основе сложных нитридов / В.Н. Анциферов. А.Л. Каменева. Опубл. 20.09.2011, бюл. №26.2. RF patent No. 2429311. A method of obtaining a coating based on complex nitrides / V.N. Antsiferov. A.L. Kameneva. Publ. 09/20/2011, bull. No. 26.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145215/02A RU2506344C1 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Titanium nitride coating manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145215/02A RU2506344C1 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Titanium nitride coating manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2506344C1 true RU2506344C1 (en) | 2014-02-10 |
Family
ID=50032239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012145215/02A RU2506344C1 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Titanium nitride coating manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2506344C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0174743A2 (en) * | 1984-09-05 | 1986-03-19 | Morton Thiokol, Inc. | Process for transition metal nitrides thin film deposition |
RU2144574C1 (en) * | 1998-03-16 | 2000-01-20 | Новосибирский государственный университет | Method of applying coatings of refractory metals and their compounds with liquid nonmetals |
DE10118242A1 (en) * | 2001-06-09 | 2002-12-12 | Andreas Biedermann | Protective coating, for the inner surface of a hollow container, is through detonation of a gas which contains precursors for the coating material |
JP2003193237A (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-09 | Ulvac Japan Ltd | Method of depositing metallic nitride film |
RU2429311C1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of obtaining complex nitride-based coating |
-
2012
- 2012-10-25 RU RU2012145215/02A patent/RU2506344C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0174743A2 (en) * | 1984-09-05 | 1986-03-19 | Morton Thiokol, Inc. | Process for transition metal nitrides thin film deposition |
RU2144574C1 (en) * | 1998-03-16 | 2000-01-20 | Новосибирский государственный университет | Method of applying coatings of refractory metals and their compounds with liquid nonmetals |
DE10118242A1 (en) * | 2001-06-09 | 2002-12-12 | Andreas Biedermann | Protective coating, for the inner surface of a hollow container, is through detonation of a gas which contains precursors for the coating material |
JP2003193237A (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-09 | Ulvac Japan Ltd | Method of depositing metallic nitride film |
RU2429311C1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of obtaining complex nitride-based coating |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2202328A1 (en) | Process for obtaining protective coatings for high temperature with high roughness and coating obtained | |
CN108359927B (en) | NiCr/Al2O3Preparation method of composite coating | |
RU2497976C1 (en) | METHOD FOR ELECTROEXPLOSIVE SPUTTERING OF COMPOSITE COATINGS OF Al-TiB2 SYSTEM ONTO ALUMINIUM SURFACES | |
Salhi et al. | Development of coating by thermal plasma spraying under very low-pressure condition< 1 mbar | |
RU2518037C1 (en) | METHOD OF ELECTROEXPLOSIVE SPUTTERING OF COMPOSITE WEAR-RESISTANT COATINGS OF SYSTEM TiC-Mo ON FRICTION SURFACE | |
US5198188A (en) | Combustion synthesis method and products | |
RU2660502C1 (en) | Method for applying a coating to the surface of a steel product | |
RU2554828C2 (en) | Application of protective coating on steel article surface | |
RU2547974C2 (en) | METHOD FOR ELECTROBLASTING SPUTTERING OF COMPOSITE WEAR-RESISTANT COATINGS OF TiB2-MO SYSTEM ON FRICTION SURFACE | |
CN106591763B (en) | Detonation flame spraying prepares IC and equips aluminum alloy spare part high-purity yttrium oxide coating process | |
RU2506344C1 (en) | Titanium nitride coating manufacturing method | |
CN100395371C (en) | Apparatus for reinforcing arc-glow percolation plated ceating by microwave plasma and process thereof | |
TW202026442A (en) | A preparation method of sputtering target | |
Rakhadilov et al. | Deposition of duplex Cr 3 C 2-NiCr coatings on steel using a combined technique of gas detonation spraying and pulse-plasma treatment | |
CN103103471A (en) | Preparation method of metal ceramic coating | |
CN102978426A (en) | Preparation method of tungsten carbide composite powder | |
Scendo et al. | influence of heat treatment on corrosion of mild steel coated with WC-Co-Al2O3 cermet composite produced by electrospark deposition | |
CN103993258B (en) | Method for coating workpiece with complex inner cavity structure | |
CN110039044A (en) | A kind of powder surface cladding coating apparatus and method | |
CN1167824C (en) | Explosive painting process of preparing heat barrier coating | |
CN108265292A (en) | A kind of titanium alloy surface composite coating and its preparation method and application | |
US20120192750A1 (en) | Methods of producing countermeasure decoys having tailored emission signatures | |
US20150368782A1 (en) | Method for depositing a corrosion-protection coating | |
RU2712326C1 (en) | Method of producing microwave energy absorbing coating | |
RU2566246C2 (en) | Method and apparatus for applying titanium nitride-based coatings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141026 |