RU2662516C1 - METHOD FOR PRODUCING A WEAR-RESISTANT GRADIENT COATING OF THE Ti-Al SYSTEM ON A STEEL PART IN VACUUM - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING A WEAR-RESISTANT GRADIENT COATING OF THE Ti-Al SYSTEM ON A STEEL PART IN VACUUM Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662516C1 RU2662516C1 RU2017126320A RU2017126320A RU2662516C1 RU 2662516 C1 RU2662516 C1 RU 2662516C1 RU 2017126320 A RU2017126320 A RU 2017126320A RU 2017126320 A RU2017126320 A RU 2017126320A RU 2662516 C1 RU2662516 C1 RU 2662516C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- wear
- vacuum
- arc discharge
- resistant
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
-
- 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
-
- 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
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
- C23C8/38—Treatment of ferrous surfaces
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения износостойких покрытий и может быть использовано для расширения ассортимента деталей машин и инструмента, на которые наносят износостойкое покрытия.The invention relates to the field of obtaining wear-resistant coatings and can be used to expand the assortment of machine parts and tools on which wear-resistant coatings are applied.
Известен способ получения покрытий на основе Ti3Al-интерметаллических композиционных материалов, в котором процесс разделен на два этапа: сначала наносят чистый Al на подложку из Ti6Al4V с использованием плазменного напыления и затем осуществляют лазерное азотирование Al-покрытия в атмосфере азота. (Z.D. Liu, Х.С. Zhang, F.Z. Xuan, Z.D. Wang, S.T. Tu. In situ synthesis of TiN/Ti3Al intermetallic matrix composite coatingson Ti6Al4V alloy. // Z.D. Liu et al. / Materials and Design 37 (2012), 268-273 p.).A known method for producing coatings based on Ti3Al-intermetallic composite materials, in which the process is divided into two stages: first, pure Al is applied to a Ti6Al4V substrate using plasma spraying and then laser nitriding of the Al-coating is carried out in a nitrogen atmosphere. (ZD Liu, H.S. Zhang, FZ Xuan, ZD Wang, ST Tu. In situ synthesis of TiN / Ti3Al intermetallic matrix composite coatingson Ti6Al4V alloy. // ZD Liu et al. / Materials and Design 37 (2012), 268 -273 p.).
Недостатком способа является разделение процесса на два этапа в двух установках за счет этого увеличивается время получения покрытия и ухудшается качество покрытия.The disadvantage of this method is the separation of the process into two stages in two installations, due to this, the time for obtaining the coating increases and the quality of the coating deteriorates.
Известен способ нанесения износостойкого покрытия на основе нитрида или карбонитрида титана, содержащего алюминий и легирующий компонент молибден. Покрытие наносят вакуумно-плазменным методом двумя противоположно расположенными составными катодами, содержащими титан и алюминий, и размещенным между ними составным катодом, содержащим титан и молибден TiAlMoN (патент РФ №2269596, МПК С23С 14/06, опубл. 10.02.2006).A known method of applying a wear-resistant coating based on titanium nitride or titanium carbonitride containing aluminum and an alloying component of molybdenum. The coating is applied by a vacuum-plasma method with two oppositely positioned composite cathodes containing titanium and aluminum, and a composite cathode between them containing titanium and molybdenum TiAlMoN placed between them (RF patent No. 2269596, IPC С23С 14/06, publ. 02/10/2006).
Недостатком способа является использование составных катодов: во-первых, необходимость изготовления составных катодов, во-вторых, процентное соотношение Ti и Al будет постоянно, и его невозможно будет менять в ходе процесса напыления.The disadvantage of this method is the use of composite cathodes: firstly, the need to manufacture composite cathodes, and secondly, the percentage ratio of Ti and Al will be constant, and it will not be possible to change during the deposition process.
Известен способ нанесения защитного износостойкого покрытия на режущий инструмент. Износостойкое ионно-плазменное покрытие на основе сложного нитрида титана, алюминия и хрома ((TixAlyCrz)N, нанесенное на металлическое изделие. Для нанесения покрытия используется "несбалансированный" магнетронный источник (патент РФ №2405060, МПК С23С 14/06, С23С 14/35, опубл. 15.10.2009).A known method of applying a protective wear-resistant coating on a cutting tool. Wear-resistant ion-plasma coating based on complex titanium, aluminum and chromium nitride ((TixAlyCrz) N, deposited on a metal product. A "unbalanced" magnetron source is used for coating (RF patent No. 2405060, IPC С23С 14/06, С23С 14/35 published on 10/15/2009).
Недостатком способа является использование покрытия на основе сложного нитрида титана, алюминия и хрома, которые приводят к удорожанию и усложнению реализации способа.The disadvantage of this method is the use of coatings based on complex titanium nitride, aluminum and chromium, which lead to a rise in price and complication of the implementation of the method.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, при котором на титановый сплав наносят порошок алюминия и расплавляют в атмосфере азота. При этом происходит поверхностное легирование с образованием нитридов титан алюминия ( J. de la Fuente, J.J. de Damborenea' (Ti, Al) (Ti, Al N) coatings produced by laser surface alloying // et al. rMaterials Letters 53 2002 44-51 p.).The closest in technical essence and the achieved result is a method in which an aluminum powder is applied to a titanium alloy and melted in a nitrogen atmosphere. In this case, surface doping occurs with the formation of titanium aluminum nitrides ( J. de la Fuente, JJ de Damborenea '(Ti, Al) (Ti, Al N) coatings produced by laser surface alloying // et al. rMaterials Letters 53 2002 44-51 p.).
Недостатком способа является образование на поверхности не равномерного слоя покрытия.The disadvantage of this method is the formation on the surface of an uneven coating layer.
Задача изобретения заключается в получении равномерных износостойких покрытий.The objective of the invention is to obtain uniform wear-resistant coatings.
Технический результат заключается в получении градиентных износостойких покрытий, обеспечивающих повышение механических свойств, адгезионной прочности покрытия.The technical result consists in obtaining gradient wear-resistant coatings, providing increased mechanical properties, adhesive strength of the coating.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в способе получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме, включающий осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении Р=1.5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующие азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100 А и токе дугового разряда плазменного источника 50 А и температуре детали 550°С.The problem is solved and the technical result is achieved by the fact that in the method of obtaining a wear-resistant gradient coating of the Ti-Al system on a steel part in vacuum, including the deposition of the intermetallic coating of the Ti-Al system from a vacuum-arc discharge plasma for 180 min at a pressure of P = 1.5 * 10 -1 Pa in an inert gas medium in the form of argon and arc evaporator currents in the range of 60-120 A and subsequent nitriding in an arc discharge by means of a plasma source with a filament cathode for 60 min at a pressure of 2 * 10 -1 Pa in the reaction medium gas in the form of nitrogen, a filament cathode current of 100 A and an arc discharge current of a plasma source of 50 A and a part temperature of 550 ° C.
Существо изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображена вакуумная установка.In FIG. 1 shows a vacuum installation.
На фиг. 2 изображен первый этап нанесения покрытия.In FIG. 2 shows a first coating step.
На фиг. 3 изображена деталь после нанесения покрытия.In FIG. 3 shows the part after coating.
На фиг. 4 изображен второй этап азотирование.In FIG. 4 shows a second nitriding step.
На фиг. 5 изображена деталь после азотирования.In FIG. 5 shows the part after nitriding.
Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method
Устройство, реализующее способ содержит: вакуумную камеру 1, в которой установлены электродуговые испарители (катоды) 2, накальный катод 3. В центре вакуумной камеры 1 установлен стол, на котором установлена обрабатываемая деталь 4 (фиг. 1). На первом этапе обрабатываемую деталь 4 бомбардируют потоками ионов металла 5 (фиг. 2), образуя покрытие 6 (фиг. 3), на втором этапе обрабатываемую деталь 4 бомбардируют потоками ионов газа азота 7 (фиг. 4). В результате получают градиентное покрытие 8 (фиг. 5).A device that implements the method comprises: a vacuum chamber 1, in which electric arc evaporators (cathodes) 2 are installed, a
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В вакуумной камере 1 устанавливают обрабатываемую деталь 4. В вакуумной камере 1 создают рабочее давление Р=1.5*10-1 Па. Токи дуговых испарителей устанавливают в диапазоне I=60-120 А. Далее происходит процесс осаждения многослойного композиционного покрытия системы Ti-Al в среде инертного газа Ar в течение 180 мин. На втором этапе в вакуумной камере создают давление Р=2*10-1 Па и подают реакционный газ азот (N2). Ток накального катода составляет Iнакал=100 А, ток дугового разряда плазменного источника Iдуги=50 А, температура детали t=550°C, при этом происходит азотирование образца, продолжительность процесса в течение в течении 60 мин.In the vacuum chamber 1 set the
ПримерExample
В вакуумной камере обрабатывалась деталь из стали марки 12Х18Н10Т. Для подтверждения получения градиентного покрытия был сделан анализ химических элементов по глубине (табл. 1). Из (табл. 1) видно, что элементы покрытия Ti и Al доходили до глубины 23 мкм. А толщина покрытия после нанесения составляет 8-9 мкм. Из этого можно сделать вывод, что покрытие диффундировало в глубину материала детали, тем самым образуя градиентное покрытие.A part made of steel grade 12X18H10T was processed in a vacuum chamber. To confirm the receipt of the gradient coating, an analysis of the chemical elements in depth was made (Table 1). It can be seen from (Table 1) that the Ti and Al coating elements reached a depth of 23 μm. And the coating thickness after application is 8-9 microns. From this we can conclude that the coating diffused into the depth of the material of the part, thereby forming a gradient coating.
Итак, заявляемое изобретение позволяет получать градиентные покрытия, за счет этого увеличивается износостойкость, увеличивается адгезионная прочность, механические свойства покрытия.So, the claimed invention allows to obtain gradient coatings, due to this, increased wear resistance, increased adhesive strength, mechanical properties of the coating.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126320A RU2662516C1 (en) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | METHOD FOR PRODUCING A WEAR-RESISTANT GRADIENT COATING OF THE Ti-Al SYSTEM ON A STEEL PART IN VACUUM |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126320A RU2662516C1 (en) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | METHOD FOR PRODUCING A WEAR-RESISTANT GRADIENT COATING OF THE Ti-Al SYSTEM ON A STEEL PART IN VACUUM |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2662516C1 true RU2662516C1 (en) | 2018-07-26 |
Family
ID=62981560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017126320A RU2662516C1 (en) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | METHOD FOR PRODUCING A WEAR-RESISTANT GRADIENT COATING OF THE Ti-Al SYSTEM ON A STEEL PART IN VACUUM |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2662516C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686749C1 (en) * | 2018-09-26 | 2019-04-30 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Vacuum-arc method of coating application on circulating pump impeller |
RU2689474C1 (en) * | 2018-11-19 | 2019-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | METHOD OF PRODUCING COATING BASED ON INTERMETALLIDES OF Ti-Al SYSTEM SYNTHESIZED IN NITROGEN MEDIUM |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2022058C1 (en) * | 1992-07-09 | 1994-10-30 | Научно-производственное предприятие "Новатех" | Process of application of complex-alloyed facing on articles by ion-plasma method in reactive medium |
US5363400A (en) * | 1990-12-06 | 1994-11-08 | Innovatique S.A. | Method of treating metals by deposition of materials and furnace for implementing said method |
RU2543643C1 (en) * | 2013-07-17 | 2015-03-10 | Публичное акционерное общество "ФЭД" | Multi layered wear-resistant coating |
US20170001326A1 (en) * | 2009-05-15 | 2017-01-05 | The Gillette Company Llc | Razor blade coating |
-
2017
- 2017-07-21 RU RU2017126320A patent/RU2662516C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5363400A (en) * | 1990-12-06 | 1994-11-08 | Innovatique S.A. | Method of treating metals by deposition of materials and furnace for implementing said method |
RU2022058C1 (en) * | 1992-07-09 | 1994-10-30 | Научно-производственное предприятие "Новатех" | Process of application of complex-alloyed facing on articles by ion-plasma method in reactive medium |
US20170001326A1 (en) * | 2009-05-15 | 2017-01-05 | The Gillette Company Llc | Razor blade coating |
RU2543643C1 (en) * | 2013-07-17 | 2015-03-10 | Публичное акционерное общество "ФЭД" | Multi layered wear-resistant coating |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Лопатин И.В. Генерация объемной плазмы в разрядах низкого давления с полым катодом для азотирования поверхности металлов, авто диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Томск, 2013, с.17, абзац 1 снизу, с.18, рис.14, рис.15, с.8, абзац 2 снизу, рис.1. * |
Лопатин И.В. Генерация объемной плазмы в разрядах низкого давления с полым катодом для азотирования поверхности металлов, автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Томск, 2013, с.17, абзац 1 снизу, с.18, рис.14, рис.15, с.8, абзац 2 снизу, рис.1. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686749C1 (en) * | 2018-09-26 | 2019-04-30 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Vacuum-arc method of coating application on circulating pump impeller |
RU2689474C1 (en) * | 2018-11-19 | 2019-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | METHOD OF PRODUCING COATING BASED ON INTERMETALLIDES OF Ti-Al SYSTEM SYNTHESIZED IN NITROGEN MEDIUM |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3900592A (en) | Method for coating a substrate to provide a titanium or zirconium nitride or carbide deposit having a hardness gradient which increases outwardly from the substrate | |
KR101494039B1 (en) | Cutting tool and method for producing the same | |
RU2489514C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING WEAR-RESISTANT COATING BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND OF Ti-Al SYSTEM | |
US20070111032A1 (en) | Surface-coated article, production method therefor, machine tool, and machine tool apparatus | |
JPS6319590B2 (en) | ||
RU2662516C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A WEAR-RESISTANT GRADIENT COATING OF THE Ti-Al SYSTEM ON A STEEL PART IN VACUUM | |
RU2012113242A (en) | METHOD FOR PRELIMINARY PROCESSING OF SUBSTRATES FOR METHOD OF APPLICATION OF COATING BY DEPOSITION OF VAPORS | |
US20120251838A1 (en) | Coated article and method for manufacturing same | |
Silva et al. | Performance of carbide tools coated with DLC in the drilling of SAE 323 aluminum alloy | |
JP2012097303A (en) | Hard coating formed member and method for forming hard coating | |
WO2017099112A1 (en) | Intermediate layer formed between substrate and dlc layer and film formation method therefor | |
Drábik et al. | Influence of plasma pretreatment on the performance of industrial tungsten carbide coatings deposited at low temperature on 100Cr6 bearing steel substrates | |
RU2689474C1 (en) | METHOD OF PRODUCING COATING BASED ON INTERMETALLIDES OF Ti-Al SYSTEM SYNTHESIZED IN NITROGEN MEDIUM | |
JP6463078B2 (en) | Manufacturing method of coated tool | |
JP5418917B2 (en) | Manufacturing method of surface coated parts with excellent film adhesion | |
JP5720996B2 (en) | Coated member with excellent film adhesion and method for producing the same | |
JP2004137541A (en) | Dlc gradient structural hard film, and its manufacturing method | |
JP6155204B2 (en) | Hard coating and method for forming the same | |
RU2694857C1 (en) | Method of applying wear-resistant coating by ion-plasma method | |
JP4815925B2 (en) | Coated sintered alloy | |
JPH0770735A (en) | Improvement of abrasion resistance of surface of workpiece and workpiece processed thereby | |
RU2677043C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING WEAR-RESISTANT COATING BASED ON INTERMETALLIDE OF Ti-Al SYSTEM | |
KR100920725B1 (en) | Thin film deposition apparatus, thin film deposition process and coated tool thereof | |
US10265776B2 (en) | Cutting tool | |
US20220033960A1 (en) | Sputtering Target and Method for Producing Same |