RU2518815C2 - Покрывающий элемент для защиты от эрозии - Google Patents
Покрывающий элемент для защиты от эрозии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518815C2 RU2518815C2 RU2011141765/02A RU2011141765A RU2518815C2 RU 2518815 C2 RU2518815 C2 RU 2518815C2 RU 2011141765/02 A RU2011141765/02 A RU 2011141765/02A RU 2011141765 A RU2011141765 A RU 2011141765A RU 2518815 C2 RU2518815 C2 RU 2518815C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- erosion
- films
- film
- intermediate layer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
- B22C9/061—Materials which make up the mould
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/20—Accessories: Details
- B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
- B22D17/2209—Selection of die materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/347—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
- C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
- Y10T428/12542—More than one such component
- Y10T428/12549—Adjacent to each other
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
- Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
- Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
- Y10T428/264—Up to 3 mils
- Y10T428/265—1 mil or less
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к покрывающему элементу для защиты от эрозии при контакте с расплавленным алюминием субстрата из материала на основе железа, титанового материала или сверхтвердого материала. Покрывающий элемент содержит нижний слой в виде Cr металлической пленки, b слой - в виде CrN пленки, промежуточный слой и верхний а слой - в виде TiSiN пленки, причем промежуточный слой выполнен из слоистых пленок, состоящих из TiSiN пленок а слоя и CrN пленок b слоя, поочередно нанесенных на поверхность друг друга так, что пленки одинакового типа не перекрываются. Обеспечивается защита от эрозии с помощью покрывающего элемента, который обладает высокой сопротивляемостью к эрозии, резистентен к повторяющимся термическим шокам, имеет продолжительное время жизни и имеет специфичный цвет, позволяющий визуально контролировать деградацию поверхностного слоя. 6 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл., 2 пр.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к покрывающему элементу для защиты от эрозии, который может предотвратить эрозию железных субстратов и других субстратов, причина которой заключается к контакте с расплавленным алюминием.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для железных материалов характерна проблема: они способны вступать в реакцию с расплавленным алюминием, образуя железо-алюминиевые сплавы, которые способны растворяться в расплавленном алюминии.
Проблема эрозии также затрагивает механические компоненты, металлические детали, режущие инструменты и другие инструменты, выполненные из железных материалов, включая нержавеющую сталь, материалы из титана и сверхтвердые материалы, когда они находятся в контакте с расплавленным алюминием.
Считается, что для защиты от эрозии легким и эффективным средством является покрытие поверхности субстрата, сделанного из железного материала или подобного ему, подвергающегося эрозии, покрывающим элементом для предохранения от эрозии. В данном случае покрывающий материал для защиты от эрозии должен, как правило, иметь сопротивляемость к эрозии. Поскольку покрывающий элемент обычно резко вносят в контакт с расплавленным алюминием, покрывающий элемент должен также иметь сопротивляемость к тепловому удару. Более того, поскольку покрывающий материал должен быть визуально контролируемым на предмет деградации, необходимо, чтобы покрывающий слой имел специфичный цвет, который позволял бы визуально контролировать деградацию, а не обычный металлический цвет.
Хотя различные керамические материалы, использующиеся в покрывающих элементах для защиты от эрозии, имеют высокую сопротивляемость к нагреву и, как правило, высокую сопротивляемость к эрозии, они хрупкие и весьма склонны ломаться под действием термального шока. В случае, когда покрытие субстрата выполнено из железного материала или подобного ему, его покрывают керамическим материалом; предпочтительным для визуального контроля деградации является золотистый нитрид титана (TiN), однако он обладает недостаточной сопротивляемостью к эрозии. Нитрид хрома (CrN), имеющий высокую сопротивляемость к эрозии (См. PTL 1), не может обеспечить визуальный контроль деградации, поскольку имеет металлический цвет. Кремне-титановый нитрид (TiSiN) облегчает визуальный контроль деградации вследствие его цвета от оранжевого до фиолетового и, как предполагалось, имеет более высокую сопротивляемость к эрозии, поскольку он имеет более высокую сопротивляемость к нагреванию, чем CrN. Однако кремне-титановый нитрид имеет свойство разбиваться под действием термального шока вследствие его высокой жесткости.
ДОКУМЕНТЫ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
PTL 1: Публикация Нерассмотренной Патентной Заявки № 8-209331.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РАЗРЕШАЕМЫЕ НАСТОЯЩИМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение покрывающего элемента для защиты от эрозии, который, как правило, имеет высокую сопротивляемость к эрозии, является резистентным к повторяющимся термальным шокам, поскольку обладает продолжительным временем жизни, и имеет специфичный цвет, который позволяет визуальный контроль деградации поверхностного слоя.
СПОСОБЫ, РАЗРЕШАЮЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
Для решения поставленной задачи настоящее изобретение предоставляет покрывающий элемент, наносимый на субстрат, который подвергают эрозии путем контакта с расплавленным алюминием. Покрывающий элемент включает нижний слой, b слой, промежуточный слой и a слой, которые наносят в данном порядке на субстрат, где нижним слоем является металлическая Cr пленка, b слоем является пленка CrN и крайним a слоем является TiSiN пленка, и промежуточный слой включает слоеные пленки, составленные из TiSiN пленок a слоя и CrN пленок b слоя, поочередно нанесенные на поверхность друг друга так, что пленки одного и того же типа не совпадают.
Предпочтительный вариант выполнения покрывающего элемента для защиты от эрозии в соответствии с настоящим изобретением: субстрат изготавливают из железного материала, включая нержавеющую сталь, титанового материала или из сверхжесткого материала, металлические компоненты TiSiN пленки a слоя желательно имеют Ti:Si соотношение в ряду от 90:10 до 50:50 (% по атому), промежуточный слой включает два или более поочередно нанесенных a и b слоев в совокупности и каждый нижний слой, b слой и a слой являются монослоями и толщина промежуточного слоя и a и b слоев, располагаемых на промежуточном слое, желательно находится в ряду от 2 до 10 мкм. Каждый из слоев может быть сформирован стандартным способом осаждения, таким как способ нанесения покрытия физическим осаждением из паров (PVD способ) или плазмохимическим осаждением из паров (P-CVD способ).
Покрывающий элемент для защиты от эрозии, в соответствии с настоящим изобретением, имеющий описанную ранее структуру, формируют посредством многослойной пленки, выполненной из CrN, имеющего высокую сопротивляемость к эрозии, и TiSiN, имеющего более высокую сопротивляемость к нагреванию, чем CrN. Данные материалы сами по себе имеют высокую сопротивляемость к эрозии. Более того, пленку CrN b слоя, имеющего низкую жесткость, наносят на субстрат поверх Cr металлической пленки; TiSiN a слоя, имеющего высокую жесткость и высокую сопротивляемость к нагреванию, наносят в качестве верхнего слоя; и в качестве промежуточного слоя CrN пленки и TiSiN пленки поочередно наносят поверх друг друга так, что пленки одного и того же типа не перекрываются. Вышеописанный порядок обеспечивает распределение жесткости между субстратом и наружной поверхностью покрывающего элемента. Это может облегчать давление, прикладываемое к внешней поверхности, улучшать адгезию покрывающего элемента и предотвращать обрыв, вызванный термальным шоком, даже если верхний слой выполнен из жесткого TiSiN.
Cr металлическая пленка (нижний слой), расположенный между субстратом и b слоем из CrN пленки, позволяет ионам Cr диффундировать в субстрат, таким образом улучшая адгезию покрывающего элемента. Покрывающий элемент для защиты от эрозии включает верхний слой, выполненный из жесткого TiSiN. В отличие от CrN пленки, которая имеет металлический цвет, что затрудняет контроль деградации покрывающего элемента, TiSiN, имеющего цвет от оранжевого до фиолетового, эффективно облегчает контроль деградации покрывающего элемента. В частности, TiSiN верхний слой имеет высокую сопротивляемость к эрозии, где содержание Si находится в ряду от 20 до 30 (% по атому). Хотя сопротивляемость к эрозии немного варьируется с содержанием Si в данном ряду, изменение содержания Si может приводить к изменению цвета TiSiN между оранжевым и фиолетовым. С цветом, подходящим для визуального контроля эрозии покрывающего элемента, сохранение или замена состава может быть легко определена.
ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Покрывающий элемент для защиты от эрозии, в соответствии с настоящим изобретением, описанным детально выше, имеет высокую сопротивляемость к эрозии, обладает резистенцией к повторяющимся термическим шокам, поскольку имеет продолжительное время жизни и имеет особый цвет, который разрешает визуальный контроль деградации покрывающего слоя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой график, демонстрирующий результаты для образцов настоящего изобретения и образцов сравнения.
Фиг.2 представляет собой цветную фотомикрографию, используемую вместо графика, демонстрирующую результаты обработки в Примере 2 для образца с необработанной поверхностью (образец сравнения), показанную в Таблице 2 (каждая градуировка на фотомикрографии показывает 1 мм).
Фиг.3 представляет собой цветную фотомикрографию, используемую вместо графика, демонстрирующую результаты обработки в Примере 2 для нитридного образца (образца сравнения), показанную в Таблице 2.
Фиг.4 представляет собой цветную фотомикрографию, используемую вместо графика, демонстрирующую результаты обработки в Примере 2 для хромированного образца (образца сравнения), показанную в Таблице 2.
Фиг.5 представляет собой цветную фотомикрографию, используемую вместо графика, демонстрирующую результаты обработки в Примере 2 для TiN- покрытого образца (образца сравнения), показанную в Таблице 2.
Фиг.6 представляет собой цветную фотомикрографию, используемую вместо графика, демонстрирующую результаты обработки в Примере 2 для CrN- покрытого образца (образца сравнения), показанную в Таблице 2.
Фиг.7 представляет собой цветную фотомикрографию, используемую вместо графика, демонстрирующую результаты обработки в Примере 2 для образца (образца сравнения), имеющего TiSiN пленку (20%), в качестве верхнего слоя, и TiAlN пленку, в качестве нижнего слоя, показанную в Таблице 2.
Фиг.8 представляет собой цветную фотомикрографию, используемую вместо графика, демонстрирующую результаты обработки в Примере 2 для примера настоящего изобретения, показанную в Таблице 2.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно покрывающему элементу для защиты от коррозии в соответствии с настоящим изобретением элемент, который подвергается эрозии посредством контакта с расплавленным алюминием, покрывают керамическим материалом, предотвращающим эрозию. Примеры элементов, которые будут подвергаться эрозии, включают компоненты для литья под давлением, включая формы для литья под давлением, находящиеся в контакте с расплавленным алюминием, механические компоненты и режущие инструменты и другие инструменты. Для нанесения покрытия субстрат, как правило, изготавливают из железного материала, включая нержавеющую сталь или теплостойкую сталь, использующуюся в компоненте для литья под давлением, титановый материал или сверхжесткий материал. Покрытие субстрата вместе с покрывающим элементом может обеспечивать высокую сопротивляемость к эрозии, сопротивляемость к повторяющимся термальным шокам и особый цвет, который разрешает визуальный контроль деградации поверхностного слоя.
Как показано в Таблице 1, покрывающий элемент для защиты от эрозии, покрывающий субстрат, включает Cr металлическую пленку в качестве нижнего слоя, CrN пленку в качестве b слоя, промежуточный слой и крайнюю TiSiN пленку в качестве a слоя, нанесенные в данном порядке. Каждый из слоев, в отличие от промежуточного слоя, является монослоем. Промежуточный слой включает слоеные пленки, составленные из TiSiN пленок a слоя и CrN пленок b слоя, поочередно нанесенных поверх друг друга, так, что пленки одного и того же типа не перекрываются. Промежуточный слой включает два или более и 270 (толщиной приблизительно 2 мкм) или менее пленок в сумме. Толщина многослойной пленки, включая нижний слой, промежуточный слой, a слой (толщиной от 1 до 1,5 мкм) и b слой (толщиной приблизительно 1 мкм), как правило, находится в ряду от 2 до 10 мкм, предпочтительно от 2,5 до 3,5 мкм. Меньшая толщина многослойной пленки приводит к более низкой сопротивляемости к эрозии. Большая толщина многослойной пленки приводит к более высокой тенденции покрывающего элемента не подвергаться воздействию многочисленного термального шока. Cr металлическая пленка нижнего слоя, которая служит в качестве адгезива между субстратом и b слоем соответственно, имеет толщину от 1 мкм или менее.
Таблица 1 | |||
Тип пленки | Соотношение в смеси | Общее число слоев | |
a слой | TiSiN | Ti 70-80% Si 30-20% | Один |
Промежуточный слой | TiSiN/CrN | Ti 70-80% Si 30-20% Cr 100% | Два или более |
b слой | CrN | Cr 100% | Один |
Нижний слой | Cr | Cr 100% | Один |
Соотношение в смеси, изображенное в Таблице 1, предполагает только металлические компоненты.
Металлические компоненты TiSiN пленки a слоя могут иметь Ti:Si соотношение в ряду от 90:10 до 50:50 (% по атому), предпочтительно от 70:30 до 80:20 (% по атому) в зависимости от сопротивляемости к эрозии и продуктивности. В рамках данных рядов было найдено, что TiSiN пленка обладает высокой сопротивляемостью к эрозии. Соотношение в смеси может меняться в пределах данных рядов, изменяя цвет поверхности между оранжевым и фиолетовым. С любым цветом, пригодным для визуального контроля эрозии покрывающего элемента, сохранение или изменение состава может быть легко определено. Cr металлическая пленка, расположенная между субстратом и b слоем CrN пленки, с диффундирующими в субстрат ионами Cr, может также эффективно функционировать для улучшения адгезии к CrN пленки b слоя.
Данные пленки не обязательно формируют посредством PVD способа или P-CVD способа.
Экспериментальные результаты для образцов и образцов сравнения настоящего изобретения описываются ниже.
ПРИМЕР 1
Покрываемый гвоздь, выполненный из теплостойкой стали (JIS SKD61 материал), имеющий диаметр 6 мм и длину 150 мм, использовали в качестве субстрата. Покрываемый гвоздь покрывали покрывающим элементом, показанным в Таблице 1, методом ионного осаждения для получения тестируемого образца, в соответствии с данным примером (Ti:Si соотношение TiSiN пленки в a слое и в промежуточном слое было 70:30 (% ат.) и общее число субслоев промежуточного слоя составляло 90). Тестируемые образцы в соответствии с образцами сравнения получали поверхностной обработкой покрываемого гвоздя, показанного на фиг.1.
Приблизительно половину длины каждого из тестируемых образцов, в соответствии с примером и образцами сравнения, опускали в расплавленный алюминий (JIS ADC12) в тигле при 670°С на 25 часов. Сопротивляемость к эрозии определяли по изменению веса после погружения. График фиг.1 показывает результаты.
Результаты показывают, что тестируемый образец, покрытый CrN пленкой, в соответствии с образцами сравнения, которые имели металлический цвет, что затрудняло визуальный контроль деградации, также обладал высокой сопротивляемостью к эрозии. Было доказано, что тестируемый образец, в соответствии с настоящим примером, являлся покрывающим элементом, имеющим высокую сопротивляемость к эрозии и цвет, который позволяет визуально контролировать деградацию. Находясь на неповрежденной стороне, общее число субслоев промежуточного слоя в тестируемом образце в соответствии с настоящим примером составляло 90. Предполагалось, однако, что даже двухслойный промежуточный слой имеет градиентную функцию жесткости, хотя и не полностью. Таким образом, было отдельно подтверждено, что двухслойный промежуточный слой может предупреждать обрыв под действием термического шока.
ПРИМЕР 2
Субстрат представлял собой тот же покрытый гвоздь, как и в Примере 1. После того как субстрат подвергли диффузионной и депозитной обработкам, перечисленным в «Название Поверхностной обработки» Таблицы 2, субстрат погружали в расплавленный алюминий (ADC12) в тигле при 650°С на 90 секунд и затем охлаждали водой при 25°С за одну секунду. После того как погружение было повторено 2000 раз, был осуществлен поиск обрыва, треска и эрозии от термического шока. Цветные фотомикрографии фиг.2-8 демонстрируют состояние обрыва и эрозии от термического шока. Таблица 2 показывает наблюдаемые результаты.
Таблица 2 | |||
Название поверхностной обработки | Толщина пленки, мкм ( ), диффузионного слоя | Эрозия, % | Состояние поверхностной деградации |
Без обработки | - | 100 | Сильная эрозия по всей поверхности |
Азотирование | (50) | 25 | Сильная эрозия по всей поверхности |
Хромирование | (20) | 1,5 | Частично сильная эрозия |
TiN | 3 | 0,5 или менее | Эрозия происходит ввиду недостаточной сопротивляемости к эрозии |
CrN | 3 | 0,5 или менее | Небольшое количество трещин; небольшая эрозия; затрудненный поиск деградации |
Поверхностный слой: TiSiN (20%)+ нижний слой TiAlN | 3 | 0,5 или менее | Жесткая пленка с многочисленными небольшими трещинами: эрозия из-за трещин |
Представленный рабочий образец | 3 | 0,5 или менее | Нет треска или эрозии |
Процент эрозии в таблице представляет изменение в весе, полученном после эксперимента, где процент эрозии для необработанных образцов составлял 100. Проценты эрозии от 0,5% или менее не могли быть определены корректно и, как правило, указаны как 0,5% или менее.
Claims (7)
1. Покрывающий элемент, нанесенный на субстрат из материала на основе железа, титанового материала или сверхтвердого материала для защиты от эрозии при контакте с расплавленным алюминием, содержащий нижний слой в виде Cr металлической пленки, b слой - в виде CrN пленки, промежуточный слой и верхний а слой - в виде TiSiN пленки, причем промежуточный слой выполнен из слоистых пленок, состоящих из TiSiN пленок а слоя и CrN пленок b слоя, поочередно нанесенных на поверхность друг друга так, что пленки одинакового типа не перекрываются.
2. Элемент по п.1, в котором материалом на основе железа является нержавеющая сталь.
3. Элемент по п.1, в котором каждый из слоев образован методом физического осаждения из паров или методом плазмохимического осаждения из паров.
4. Элемент по п.1, в котором соотношение компонентов Ti и Si в пленке TiSiN а слоя составляет от 90:10 до 50:50 (% ат.).
5. Элемент по п.1, в котором промежуточный слой включает два или более поочередно расположенных а слоя и b слоя в сумме, и каждый нижний слой, b слой и а слой наружного слоя являются монослоями.
6. Элемент по п.1, в котором толщина промежуточного слоя и а, и b слоев, лежащих по обе стороны промежуточного слоя, находится в интервале от 2 до 10 мкм.
7. Элемент по п.5, в котором толщина промежуточного слоя и а, и b слоев, лежащих по обе стороны промежуточного слоя, находится в интервале от 2 до 10 мкм.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009-064415 | 2009-03-17 | ||
JP2009064415A JP5156971B2 (ja) | 2009-03-17 | 2009-03-17 | 溶損防止用被覆部材 |
PCT/JP2010/053710 WO2010106929A1 (ja) | 2009-03-17 | 2010-03-01 | 溶損防止用被覆部材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011141765A RU2011141765A (ru) | 2013-04-27 |
RU2518815C2 true RU2518815C2 (ru) | 2014-06-10 |
Family
ID=42739592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011141765/02A RU2518815C2 (ru) | 2009-03-17 | 2010-03-01 | Покрывающий элемент для защиты от эрозии |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8580407B2 (ru) |
EP (1) | EP2410072B1 (ru) |
JP (1) | JP5156971B2 (ru) |
CN (1) | CN102356177B (ru) |
AU (1) | AU2010225868B2 (ru) |
RU (1) | RU2518815C2 (ru) |
WO (1) | WO2010106929A1 (ru) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5825510B2 (ja) * | 2011-06-13 | 2015-12-02 | ビヨンズ株式会社 | 金属材料の表面処理方法、及びそれを用いた金属材料 |
JP5681093B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2015-03-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 多層硬質皮膜 |
JP5681094B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2015-03-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 積層硬質皮膜 |
US9340863B2 (en) * | 2011-12-15 | 2016-05-17 | Kobe Steel, Ltd. | Multilayer hard film and method for producing same |
DE102013011071A1 (de) * | 2013-07-03 | 2015-01-08 | Oerlikon Trading Ag, Trübbach | TixSi1-xN Schichten mit CryAl1-yN Haftschicht und ihre Herstellung |
KR102178189B1 (ko) | 2013-07-03 | 2020-11-13 | 외를리콘 서피스 솔루션즈 아게, 페피콘 | TixSi1-xN 층 및 그의 생산 |
WO2016027832A1 (ja) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | 日立金属株式会社 | ダイカスト用被覆金型の製造方法 |
JP6789986B2 (ja) * | 2015-05-21 | 2020-11-25 | ヴァルター アーゲー | 多層アークpvdコーティングを有する工具 |
JP6838572B2 (ja) * | 2018-02-28 | 2021-03-03 | 株式会社デンソー | 金型装置 |
CN112575291A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-30 | 苏州德耐纳米科技有限公司 | 一种氮化铬、氮化钛铝硬质多层纳米膜涂层 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2230827C2 (ru) * | 2002-06-07 | 2004-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Температуроустойчивое покрытие для изделия из алюминиевого сплава |
WO2006028729A1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-03-16 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Metal based coating composition and related coated substrates |
JP2008093760A (ja) * | 2006-10-10 | 2008-04-24 | Nachi Fujikoshi Corp | ドライ加工で優れた性能を発揮する硬質被膜 |
RU2333365C2 (ru) * | 2002-09-27 | 2008-09-10 | Нуово Пиньоне Холдинг Спа | Способ обработки органов, подвергающихся эрозии под воздействием жидкостей, противоэрозионный сплав для покрытий и рабочий орган |
WO2008146727A1 (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 表面被覆切削工具 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2892231B2 (ja) * | 1992-09-16 | 1999-05-17 | 健 増本 | Ti−Si−N系複合硬質膜及びその製造方法 |
JP3480086B2 (ja) * | 1994-10-21 | 2003-12-15 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質層被覆切削工具 |
JP3248897B2 (ja) * | 1999-03-19 | 2002-01-21 | 日立ツール株式会社 | 硬質皮膜被覆工具 |
JP3996809B2 (ja) * | 2002-07-11 | 2007-10-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 被覆切削工具 |
JP2006138008A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-06-01 | Takaoka National College | 金型表面用保護膜及び金属加工工具表面用保護膜 |
SE0500994L (sv) * | 2005-04-29 | 2006-10-30 | Seco Tools Ab | Tunt slitstarkt skikt |
JP4807575B2 (ja) * | 2005-10-19 | 2011-11-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 高硬度鋼の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
EP2098611B1 (en) * | 2008-03-07 | 2013-02-13 | Seco Tools AB | Layered coated cutting tool |
-
2009
- 2009-03-17 JP JP2009064415A patent/JP5156971B2/ja active Active
-
2010
- 2010-03-01 US US13/203,897 patent/US8580407B2/en active Active
- 2010-03-01 EP EP10753423.2A patent/EP2410072B1/en active Active
- 2010-03-01 CN CN201080012086XA patent/CN102356177B/zh active Active
- 2010-03-01 AU AU2010225868A patent/AU2010225868B2/en active Active
- 2010-03-01 RU RU2011141765/02A patent/RU2518815C2/ru active
- 2010-03-01 WO PCT/JP2010/053710 patent/WO2010106929A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2230827C2 (ru) * | 2002-06-07 | 2004-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Температуроустойчивое покрытие для изделия из алюминиевого сплава |
RU2333365C2 (ru) * | 2002-09-27 | 2008-09-10 | Нуово Пиньоне Холдинг Спа | Способ обработки органов, подвергающихся эрозии под воздействием жидкостей, противоэрозионный сплав для покрытий и рабочий орган |
WO2006028729A1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-03-16 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Metal based coating composition and related coated substrates |
JP2008093760A (ja) * | 2006-10-10 | 2008-04-24 | Nachi Fujikoshi Corp | ドライ加工で優れた性能を発揮する硬質被膜 |
WO2008146727A1 (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 表面被覆切削工具 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010106929A1 (ja) | 2010-09-23 |
RU2011141765A (ru) | 2013-04-27 |
US20110311837A1 (en) | 2011-12-22 |
US8580407B2 (en) | 2013-11-12 |
CN102356177B (zh) | 2013-06-26 |
EP2410072B1 (en) | 2014-11-19 |
AU2010225868B2 (en) | 2016-01-28 |
EP2410072A4 (en) | 2013-10-30 |
JP5156971B2 (ja) | 2013-03-06 |
AU2010225868A1 (en) | 2011-10-20 |
CN102356177A (zh) | 2012-02-15 |
JP2010215966A (ja) | 2010-09-30 |
EP2410072A1 (en) | 2012-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2518815C2 (ru) | Покрывающий элемент для защиты от эрозии | |
CN105143498B (zh) | 铬基的氧化保护层 | |
MXPA06014620A (es) | Capa de union nicocraiy modificada con platino para revestimiento termico de barrera. | |
EP2371993A1 (en) | Method of surface treatment and surface treated article provided by the same | |
US20070082222A1 (en) | Corrosion and abrasion resistant decorative coating | |
CN106574376B (zh) | 滑动元件、特别是活塞环和用于制造滑动元件的方法 | |
FI101959B (fi) | Päällystetty lasilevy, jolla on korkea heijastus lämpösäteilylle | |
KR101674316B1 (ko) | 발색 처리된 기판 및 이를 위한 발색 처리방법 | |
RU2742919C2 (ru) | Способ защиты детали из монокристаллического, не содержащего гафний суперсплава на основе никеля от коррозии и окисления | |
JP6857222B2 (ja) | 銀面を有する基材に対する曇りから銀を保護する層を接着させて材料を作る方法 | |
CN113574208B (zh) | 包括在基板上的铬基涂层的物体 | |
KR20160094403A (ko) | 이중층 크롬 나이트라이드 코팅된 물품들 및 관련된 방법들 | |
KR20120116557A (ko) | 다이캐스팅 합금의 표면처리 방법 및 이에 의하여 제조된 표면구조를 가지는 다이캐스팅 합금재 | |
Salmi | Atomic layer deposited coatings for corrosion protection of metals | |
KR102300792B1 (ko) | 흑색 도금 강판 및 그 제조방법 | |
Guzman et al. | Coloration of metallic and/or ceramic surfaces obtained by atomic layer deposited nano-coatings | |
KR102078700B1 (ko) | 고내식성 용융 알루미늄 도금 강판 제조 설비 중 포트롤 및 그 제조방법 | |
Zhang et al. | Effect of CrTiAlN coatings on high-temperature oxidation behavior of H13 steel | |
JP4832083B2 (ja) | 合成樹脂鏡 | |
JPS62151555A (ja) | 耐食性皮膜 | |
Aliaj et al. | Oxidation behaviour of TiN coatings deposited onto unheated grade 1060 steel substrates by reactive dc magnetron sputtering, in proceedings of | |
KR20170090905A (ko) | 마그네슘 소재 및 마그네슘 소재의 표면처리 방법 | |
CN112739849A (zh) | 包含具有防银变色防护的银表面的基底和制造这种基底的方法 | |
KR101577132B1 (ko) | 금속기재의 표면처리방법 | |
PL401207A1 (pl) | Sposób zwiększania odporności na korozję i zużycie przez tarcie stopów magnezu |