RU2659537C1 - Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа - Google Patents
Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659537C1 RU2659537C1 RU2017133469A RU2017133469A RU2659537C1 RU 2659537 C1 RU2659537 C1 RU 2659537C1 RU 2017133469 A RU2017133469 A RU 2017133469A RU 2017133469 A RU2017133469 A RU 2017133469A RU 2659537 C1 RU2659537 C1 RU 2659537C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- carbon layer
- carbon
- nitrogen
- magnetron sputtering
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 74
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 6
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 15
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 31
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000009684 ion beam mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- SEQUALWBCFCDGP-UHFFFAOYSA-N [C].[N].[Fe] Chemical compound [C].[N].[Fe] SEQUALWBCFCDGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002932 luster Substances 0.000 description 1
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical group [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
- C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/48—Ion implantation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам защиты металлов от коррозии, в частности к способу нанесения защитного покрытия на подложку из железа, и может быть использовано для изготовления изделий и деталей, работающих в агрессивных средах, для нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности. Осуществляют магнетронное напыление на железо углеродного слоя. Полученный углеродный слой подвергают бомбардировке однозарядными ионами азота на глубину проникновения азота на 3-5 нм глубже границы раздела углеродный слой – железо с образованием карбонитридов на указанной глубине. Магнетронное напыление углеродного слоя выполняют с использованием графитовых мишеней на постоянном токе с температурой подложки от 180-230°С. Бомбардировку ионами азота N+ производят с энергией 10-30 кэВ с дозами D=5·1016-1017 ион/см2 вертикально к поверхности мишени в импульсно-периодическом режиме с длительностью импульса 0,5-1 мс, с частотой следования импульсов 80-120 Гц. В результате получают коррозионную стойкость и твердость обрабатываемых данным способом поверхностей железа. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа
Область техники
Предлагаемое изобретение относится к способам защиты металлов от коррозии, а более конкретно – к способам создания на поверхности железа смешанных углеродно–азотных покрытий, увеличивающих коррозионную стойкость и твердость обрабатываемых данным способом поверхностей железа.
Способ может быть использован для повышения коррозионной стойкости изделий и деталей из сплавов на основе железа, работающих в агрессивных средах нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности.
Уровень техники
Известны различные способы повышения коррозионной стойкости металлических поверхностей методом высокоэнергетических воздействий. Так, например, с помощью импульсной лазерной обработки можно наносить на поверхность железа наноразмерные углеродные (со структурой графита) покрытия, снижающие скорость коррозии поверхности после такой обработки [1]. Однако такое графитное покрытие не повышает твердость поверхности и, следовательно, ее износостойкость.
Известен способ получения высокотвердых алмазоподобных покрытий на металлических и диэлектрических подложках [2], в котором осуществляют катодное распыление графита в магнитном поле при низком давлении инертного газа – криптона.
При P=10-5-10-2 Па на охлаждаемую подложку, имеющую температуру ниже 100 K, наносят катодно распыляемый углерод. Указанный процесс имеет низкую производительность вследствие низкого давления рабочего газа криптона и низких энергетических характеристик тлеющего разряда при данном давлении.
Графитоподобные углеродные пленки наносились методом физического осаждения из газовой фазы (PVD) на магнетронной распылительной установке с предварительным нанесением подслоя кремния[3]. Способ предполагает нанесение подслоя из другого материала.
Известен способ нанесения на поверхность железа углеродных слоев методом магнетронного напыления углерода с последующей ионно–лучевой обработкой поверхности потоком ионов аргона [4] (прототип). Такая углеродная наноразмерная пленка существенно повышает коррозионную стойкость обрабатываемой поверхности. Ионно–лучевое воздействие аргоном способствует улучшению адгезии углеродной пленки, уменьшению количества дефектов в поверхностном слое и выглаживанию (снижению шероховатости) поверхности. Однако и в этом случае покрытие остается относительно мягким, т.е. его твердость хотя и возрастает по сравнению с твердостью необработанного образца железа, однако она соответствует твердости графитизированного углерода.
Таким образом, наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату, принимаемым за прототип, является способ магнетронного нанесения на поверхность железа углеродного наноразмерного слоя методом магнетронного напыления с последующей ионно–лучевой обработкой потоком ионов аргона[4].
Технической задачей изобретения является повышение твердости и коррозионной стойкости защитного покрытия.
Технический результат достигается в способе нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа, включающем магнетронное напыление на железо углеродного слоя, затем полученный углеродный слой подвергают бомбардировке однозарядными ионами азота в условиях, в условиях, обеспечивающих глубину проникновения азота на 3-5 нм глубже границы раздела углеродный слой – железо и образование карбонитридов на указанной глубине.
Магнетронное напыление углеродного слоя выполняют с использованием графитовых мишеней, при постоянном токе, с температурой подложки от 180-230°С. Бомбардировку ионами азота N+ производят с энергией 10-30 кэВ с дозами D=5·1016-1017 ион/см2 вертикально к поверхности мишени в импульсно-периодическом режиме с длительностью импульса 0,5-1 мс, с частотой следования импульсов 80-120 Гц.
Изобретение поясняется рисунками:
Фиг. 1. Изменение микротвердости поверхностных слоев армко-железа при нанесении углеродно-азотного покрытия.
Фиг. 2. Рентгеноэлектронные спектры углерода (C1s) и азота (N1s) углеродно-азотного покрытия вблизи поверхности (нижние спектры) и в переходной области «покрытие/железо» (верхние спектры).
Фиг. 3. Раман-спектр углеродно-азотного покрытия.
Наличие D пика – разупорядоченная структура покрытия. Соотношение D/G >1 – высокая степень разупорядочения вплоть до аморфной.
Фиг. 4. Фрагмент дифрактограмм образцов железа без покрытия (Fe) и c углеродно-азотным покрытием (C-N/Fe). СоКα-излучение.
Фиг. 5. Модель структуры углеродно-азотного покрытия.
Фиг. 6. Анодные потенциодинамические кривые образцов железа без покрытия (Fe) и железа с углеродно-азотным покрытием (С-N/Fe). Боратно-буферный раствор, рН=7,4.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение коррозионной стойкости изделий из железа или материалов на основе железа. Техническим результатом, который достигается заявленным изобретением, является получение на поверхности железа плотной, тонкой, беспористой и гладкой углеродно-азотной пленки с подслоем карбонитридов железа, эффективно защищающей металл от коррозии и повышающей твердость поверхности.
Осуществление изобретения
Способ включает в себя магнетронное напыление на постоянном токе углеродного слоя на поверхность армко–железа (технически чистое) с использованием графитовых мишеней с последующим облучением ионами азота. Перед магнетронным напылением поверхность подложки подвергают механической шлифовке, полировке и последующей промывке в органических растворителях. Магнетронное напыление проводят с использованием графитовых мишеней на установке «Катод–1М» при температуре подложки от 180-230°C. Далее, образованная пленка углеродного слоя подвергается облучению (бомбардировке) ионами азота.
Углеродный слой (далее - пленка) на поверхности армко-железа был осажден методом магнетронного напыления на постоянном токе с использованием графитовых мишеней в установке «Катод–1М» при температуре подложки от 180-230°С для удаления адсорбированных загрязнений и улучшения адгезии покрытия.
Остаточное давление в камере напыления составляло 10–4 Па. Напуск азота производился до рабочего давления 10–1 Па. Толщина пленок была измерена на микроинтерферометре МИИ–4, а также методом АСМ на контрольных образцах, и составила в среднем 30–35 нм. Полученные пленки визуально имели темно-серый блестящий цвет и обладали стойкостью к истиранию.
Ионно-лучевое перемешивание пленок проводили бомбардировкой ионами N+ с энергией 10-30 кэВ с дозами D=5·1016-1017 ион/см2 вертикально к поверхности мишени в установке на базе сверхвысоковакуумного поста УСУ–4 с плазменным источником ионов с ненакаливаемым катодом импульсно-периодического действия «Пион–1М» с длительностью импульса 0,5-1 мс с частотой следования импульсов 80-120 Гц, что обеспечивает скорость набора дозы в течение 1-3 мин и без перегрева мишени. Параметры облучения выбраны с тем условием, чтобы глубина ионного распыления не превысила толщину углеродной пленки, при этом проективный пробег достигал границы раздела «пленка/подложка» (углеродный слой - железо) или превышал ее на 3-5 нм. Если выбрать условия, находящиеся вне указанных диапазонов, нарушается сплошность покрытия, азот не проникает до границы раздела, где необходимо обеспечить прочную связку «пленка/подложка», температурные условия (радиационно-стимулированный отжиг) не позволяют образоваться нитридным связям.
В процессе облучения с помощью термопары контролировалась температура образцов, до которой происходил их разогрев под действием ионного пучка. Температура образцов в конце облучения с выбранными энергиями и дозами находилась в интервале 80–140°С. Остаточное давление в камере облучения составляло 10-4 Па, давление азота высокой чистоты при имплантации достигало 10–1 Па. После облучения изначально темно-серая поверхность покрытий приобретала светло-бежевый оттенок и блеск.
Пример конкретного осуществления предлагаемого способа.
Напыление углеродных пленок проводили методом магнетронного напыления на постоянном токе с использованием графитовых мишеней в установке «Катод–1М» при температуре подложки 200°С.
Ионно-лучевое перемешивание пленок углерода проводили бомбардировкой ионами N+ с энергией 30 кэВ с дозами D=5·1016 ион/см2 вертикально к поверхности мишени в установке на базе сверхвысоковакуумного поста УСУ–4 с плазменным источником ионов с ненакаливаемым катодом импульсно-периодического действия «Пион–1М» с длительностью импульса 1 мс с частотой следования импульсов 100 Гц, что обеспечивает скорость набора дозы в течение 1 мин и без перегрева мишени.
В результате имплантации ионов азота изначально темно-серая поверхность углеродного покрытия превращалась в смешанное углеродно-азотное покрытие с подслоем карбонитридов железа. Толщина пленок была измерена на микроинтерферометре МИИ–4, а также методом АСМ на контрольных образцах, и составила в среднем 30–35 нм. Полученные пленки визуально имели светло-бежевый оттенок и блеск, обладали стойкостью к истиранию.
Микротвердость поверхности армко-железа с полученным покрытием была измерена на микротвердомере ПМТ-3М с нагрузкой 0,5 г и выдержкой 10 с и превысила исходное значение микротвердости поверхности армко-железа без покрытия на 22% (фиг.1).
Химический состав поверхностных слоев исследован методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) на электронном спектрометре SPECS с использованием MgKα–излучения в сочетании с послойным травлением поверхности ионами аргона для анализа по глубине. Экспериментальные данные обработаны с помощью пакета программ CasaXPS. Относительная погрешность определения концентрации элементов составляла ±3% от измеряемой величины. Результаты показали, что азот в покрытии находится в двух неэквивалентных химических состояниях: 1 - в состоянии химической связи N-C, 2 - азот, растворенный в углеродном слое (фиг.2). Концентрация азота в покрытии достигает 6-8 ат.%. РФЭС спектры углерода соответствуют разупорядоченной структуре с sp2 (284,4 эВ) и sp3 (285,8 эВ) гибридизацией атомов углерода. В переходной области «покрытие/металл» образуются карбонитриды железа переменного состава.
Спектры комбинационного рассеяния света пленок снимались с помощью спектрометра HORIBA Jobyn Yvon HR800 с использованием гелий-неонового лазера (λex=632.8 нм) и объектива со 100-кратным увеличением (100×). Диаметр лазерного пучка – 5 мкм, время экспозиции – 5 с. Было показано формирование аморфной структуры углеродно-азотного слоя, в спектрах которого соотношение пиков D/G > 1 (фиг.3).
Рентгеноструктурный анализ покрытий исследован на дифрактометре MINIFLEX-600 в CoKα-излучении. Дифракционные рефлексы структуры упорядоченного углерода не выявлены. Показано растворение азота и углерода в металлической матрице железа, проявляющееся в смещении структурных рефлексов в сторону меньших углов и их уширении (фиг.4).
На основании вышеупомянутых результатов можно считать доказанной следующую структуру поверхностного слоя (фиг. 5). На поверхности располагается слой 1 аморфизированного углерода толщиной до 20 нм , далее - синтезированные при ионном облучении азотом карбонитриды железа переменного состава в слое 2 толщиной порядка 5-10 нм, и далее следует матрица железа 3 с растворенными азотом и углеродом (фиг.5). Таким образом, наблюдается градиент состава покрытия от поверхности покрытия вглубь металла, что и обеспечивает адгезию покрытия к поверхности железа.
Образцы армко-железа с углеродно-азотным покрытием и без покрытия, имеющие площадь рабочей поверхности 1 см2, исследовали путем снятия анодных потенциодинамических кривых в боратном буферном растворе с pH=7,4 и при естественной аэрации. Использовали потенциостат EcoLab 2A–100. Растворы готовились на дистиллированной воде, температура растворов составляла 20±2°C. Использовалась стандартная электрохимическая ячейка ЯСЭ–2. Электрод сравнения – насыщенный хлорид–серебряный, относительного которого приведены электродные потенциалы. Скорость сканирования потенциала 2 мВ/с. Перед снятием анодных потенциодинамических кривых образцы как имплантированные, так и необработанные, подвергались катодной поляризации при потенциале –1000 мВ в течение 15 минут.
Результаты электрохимических исследований образца железа с углеродно-азотным покрытием показали снижение тока активного анодного растворения более чем в 11 раз, а в пассивной области до трех раз по сравнению с исходным армко-железом (фиг 6.).
Таким образом, с помощью комбинированного метода магнетронного напыления углерода и ионно-лучевого перемешивания однозарядными ионами азота формируется градиентное покрытие толщиной 30-35 нм на поверхности армко-железа, повышающее коррозионную стойкость в нейтральной среде более чем на порядок и увеличивающее микротвердость поверхности на 22%.
Источники информации
1. Патент RU №2591826, С23С 26/00; С23С 8/46; В82Y 30/00.
2. Авторское свидетельство СССР № 411037, С23С 14/06; С23С 14/22.
3. М.С. Зибров, А.А. Писарев, Г.В. Ходаченко, Д.В. Мозгрин// Создание тонких защитных углеродных покрытий на алюминии. Успехи прикладной физики, 2013, том 1, № 2.
4. Решетников С.М., Бакиева О.Р., Борисова Е.М., Воробьев В.Л., Гильмутдинов Ф.З., Колотов А.А., Кобзиев В.Ф., Мухгалин В.В., Баянкин В.Я., Быстров С.Г., Шушков А.А. Состав, структура и электрохимические свойства поверхностных слоев армко-железа, легированных углеродом методами магнетронного напыления и ионно-лучевого воздействия. Коррозия: материалы, защита. 2015, №11. С. 1-10.
Claims (2)
1. Способ нанесения защитного покрытия на подложку из железа, включающий магнетронное напыление углеродного слоя на поверхность подложки из железа с использованием графитовой мишени и ионную обработку полученного углеродного слоя, отличающийся тем, что ионную обработку полученного углеродного слоя осуществляют путем его бомбардировки однозарядными ионами азота N+ с энергией 10-30 кэВ и дозами D=5⋅1016-1017 ион/см2 вертикально к поверхности мишени в импульсно-периодическом режиме с длительностью импульса 0,5-1 мс и с частотой следования импульсов 80-120 Гц на глубину проникновения азота, превышающую глубину расположения границы раздела углеродный слой - железо на 3-5 нм, с образованием карбонитридов на указанной глубине.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что магнетронное напыление углеродного слоя выполняют с использованием графитовых мишеней при постоянном токе и температуре подложки от 180-230°С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017133469A RU2659537C1 (ru) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017133469A RU2659537C1 (ru) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659537C1 true RU2659537C1 (ru) | 2018-07-02 |
Family
ID=62815772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017133469A RU2659537C1 (ru) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659537C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5346600A (en) * | 1992-08-14 | 1994-09-13 | Hughes Aircraft Company | Plasma-enhanced magnetron-sputtered deposition of materials |
| WO1996025291A1 (en) * | 1995-02-14 | 1996-08-22 | Northwestern University | Compounds of carbon and nitrogen on a substrate |
| EP0900287B1 (en) * | 1996-04-04 | 2002-09-04 | Kennametal Inc. | Substrate with a superhard coating containing boron and nitrogen and method of making the same |
| US6726993B2 (en) * | 1997-12-02 | 2004-04-27 | Teer Coatings Limited | Carbon coatings, method and apparatus for applying them, and articles bearing such coatings |
| RU2370570C1 (ru) * | 2008-01-09 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" | Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из сталей и твердых сплавов |
-
2017
- 2017-09-26 RU RU2017133469A patent/RU2659537C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5346600A (en) * | 1992-08-14 | 1994-09-13 | Hughes Aircraft Company | Plasma-enhanced magnetron-sputtered deposition of materials |
| WO1996025291A1 (en) * | 1995-02-14 | 1996-08-22 | Northwestern University | Compounds of carbon and nitrogen on a substrate |
| EP0900287B1 (en) * | 1996-04-04 | 2002-09-04 | Kennametal Inc. | Substrate with a superhard coating containing boron and nitrogen and method of making the same |
| US6726993B2 (en) * | 1997-12-02 | 2004-04-27 | Teer Coatings Limited | Carbon coatings, method and apparatus for applying them, and articles bearing such coatings |
| RU2370570C1 (ru) * | 2008-01-09 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" | Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из сталей и твердых сплавов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Решетников с.м. и др. "Состав, структура и элнектрохимические свойства поверхностных слоев армко-железа, легированных углеродом методами магнетронного напыления и ионно-лучевого воздействия", "Коррозия:материалы,защита", 2015,N11, с.1-10. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5391407A (en) | Process for forming protective diamond-like carbon coatings on metallic surfaces | |
| GB2458507A (en) | Oxidation of non ferrous metal components | |
| Hatada et al. | Surface modification and corrosion properties of implanted and DLC coated stainless steel by plasma based ion implantation and deposition | |
| Piliptsou et al. | XPS study of the structure of nitrogen doped aC film | |
| Bull et al. | Improving the mechanical properties of steels using low energy, high temperature nitrogen ion implantation | |
| RU2659537C1 (ru) | Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа | |
| Mello et al. | Corrosion effects of plasma immersion ion implantation-enhanced Cr deposition on SAE 1070 carbon steel | |
| Grant et al. | Ion beam techniques for material modification | |
| JP6211004B2 (ja) | 表層硬化処理方法 | |
| RU2310013C2 (ru) | Способ получения сверхтвердых покрытий | |
| RU2591826C2 (ru) | Способ нанесения коррозионно-стойкого углеродного покрытия на поверхности стали | |
| US20180023187A1 (en) | Process for Coating a Conductive Component and Conductive Component Coating | |
| Valbuena-Niño et al. | Corrosion resistance of a carbon-steel surface modified by three-dimensional ion implantation and electric arc | |
| Balaceanu et al. | Structural, mechanical and corrosion properties of TiOxNy/ZrOxNy multilayer coatings | |
| US5217748A (en) | Method of hardening metal surfaces | |
| Alim et al. | Improvement of Mechanical and Electrochemical Properties of Titanium Thin Films Deposited by Duplex Treatment | |
| JP3637255B2 (ja) | アルミニウム窒化材およびその製造方法 | |
| Tian et al. | Effects of bias voltage on the corrosion resistance of titanium nitride thin films fabricated by dynamic plasma immersion ion implantation-deposition | |
| RU2791571C1 (ru) | Способ вакуумно-дугового нанесения наноструктурированных покрытий на стоматологические конструкции | |
| Höhl et al. | Implantation of N2+, O+ and CO+ ions into titanium and Ti-6A1-4V | |
| RU2167216C1 (ru) | Способ упрочнения твердосплавного режущего инструмента | |
| Nitta et al. | Effect of the surface bond states in as-deposited DLC films on the incorporation of nitrogen and oxygen atoms | |
| Flege et al. | Fluorine and carbon ion implantation and deposition on metals by plasma source ion implantation | |
| Zhao et al. | Effect of substrate bias voltage on structure and corrosion resistance of AlCrN coatings prepared by multi-arc ion plating | |
| Zolotukhin et al. | Synthesis of the boron-based coating in beam plasma using fore-vacuum electron source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190927 |