RU2791115C1 - Method for deposition of a wear-resistant cobalt-chromium coating on aluminum alloy substrates - Google Patents

Method for deposition of a wear-resistant cobalt-chromium coating on aluminum alloy substrates Download PDF

Info

Publication number
RU2791115C1
RU2791115C1 RU2022126708A RU2022126708A RU2791115C1 RU 2791115 C1 RU2791115 C1 RU 2791115C1 RU 2022126708 A RU2022126708 A RU 2022126708A RU 2022126708 A RU2022126708 A RU 2022126708A RU 2791115 C1 RU2791115 C1 RU 2791115C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cobalt
coating
reactor
chromium
aluminum alloy
Prior art date
Application number
RU2022126708A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лариса Викторовна Козырева
Елена Борисовна Голубева
Виктор Вениаминович Козырев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2791115C1 publication Critical patent/RU2791115C1/en

Links

Abstract

FIELD: wear-resistant cobalt-chromium coatings.
SUBSTANCE: nvention relates to a method for producing a wear-resistant cobalt-chromium coating on an aluminum alloy substrate. An intermediate layer of cobalt coating is applied with a thickness of 1 to 2 µm on the surface of an aluminum alloy substrate heated to a temperature of 390 to 410°C by feeding cobalt nitrosyltricarbonyl vapor into the reactor at a temperature of 18 to 23°C, at a rate of 1 to 2 l/h, at a residual pressure in the reactor of 10 to 20 Pa, in an environment of argon carrier gas and thermal decomposition of cobalt nitrosyltricarbonyl vapor. Then, vapors of chromium hexacarbonyl are fed into the reactor at a temperature of 35 to 45°C, at a rate of 1 to 2 l/h, in an argon carrier gas medium. Vapors of chromium hexacarbonyl thermally decompose to provide a wear-resistant cobalt-chromium coating with a thickness of 1.0 to 1.5 microns on an aluminum alloy substrate.
EFFECT: increased wear resistance of the coated substrate.
1 cl, 5 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области получения износостойких комбинированных металлопокрытий, в частности, кобальт-хромовых, на подложках из алюминиевых сплавов путем термического разложения нитрозилтрикарбонил кобальта и гексакарбонила хрома и может быть использовано для нанесения покрытий при упрочнении деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов, работающих в сопряжениях с деталями, изготовленными из конструкционных сталей, аварийно-спасательных, дорожно-строительных, почвообрабатывающих, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин.The invention relates to the field of obtaining wear-resistant combined metal coatings, in particular, cobalt-chromium, on aluminum alloy substrates by thermal decomposition of cobalt nitrosyltricarbonyl and chromium hexacarbonyl and can be used for coating when hardening parts made of aluminum alloys, working in conjunction with parts made of structural steels, emergency, road construction, tillage, agricultural, logging machines.

Известен способ осаждения защитного двухслойного покрытия, состоящего из подслоя хрома и карбида хрома, на длинномерные металлические изделия. Данное покрытие получается путем пиролитического разложения паров хромоорганической жидкости «Бархос» и наносится при поступательном движении изделия через две зоны осаждения: температура первой зоны - 340-360°С, второй - 540-560°С (RU, №2169793, С23С 16/18, 2001).A known method of deposition of a protective two-layer coating, consisting of a sublayer of chromium and chromium carbide, on long metal products. This coating is obtained by pyrolytic decomposition of the vapors of the organochromic liquid "Barkhos" and is applied during the translational movement of the product through two deposition zones: the temperature of the first zone is 340-360 ° C, the second - 540-560 ° C (RU, No. 2169793, C23C 16/18 , 2001).

Однако для данного способа характерны невозможность осаждения защитного покрытия на детали геометрической формы, отличной от труб и цилиндров, а также сложность технического исполнения.However, this method is characterized by the impossibility of depositing a protective coating on parts of a geometric shape other than pipes and cylinders, as well as the complexity of technical execution.

Известен способ нанесения износостойкого композиционного слоистого покрытия термическим разложением паров карбонилов металлов VI-VIII групп Периодической системы при пониженном давлении, в котором первый слой толщиной 3-5 мкм наносят при использовании карбонилов металлов VI-VIII групп при температуре 600-900°С, давлении 0,5-1,0 мм рт.ст. (67-133 Па) и скорости роста 1-2 мкм/мин, а второй слой такой же толщины наносят при температуре 300-450°С при использовании карбонилов металлов VI-VII групп, давлении не более 0,5 мм рт.ст. (67 Па) и скорости роста покрытия 0,3-0,5 мкм/мин (RU, №2075540, С23С 16/16, 1997).A known method of applying a wear-resistant composite layered coating by thermal decomposition of vapors of carbonyls of metals VI-VIII groups of the Periodic system at reduced pressure, in which the first layer 3-5 μm thick is applied using carbonyls of metals VI-VIII groups at a temperature of 600-900 ° C, pressure 0 .5-1.0 mmHg (67-133 Pa) and a growth rate of 1-2 μm/min, and a second layer of the same thickness is applied at a temperature of 300-450°C using group VI-VII metal carbonyls, a pressure of not more than 0.5 mm Hg. (67 Pa) and a coating growth rate of 0.3-0.5 µm/min (RU, No. 2075540, C23C 16/16, 1997).

Однако в этом способе невозможно осуществить осаждение упрочняющего покрытия на подложки из алюминиевых сплавов.However, in this method, it is impossible to carry out the deposition of a hardening coating on aluminum alloy substrates.

Известен способ нанесения химически стойкого беспористого защитного покрытия на поверхность алюминиевого фланца путем термораспада металлоорганических соединений хрома в вакууме при давлении 1-10 Па и температуре 400-450°С (RU, №2433210, С23С 16/18, С23С 4/08, 2011).A known method of applying a chemically resistant non-porous protective coating on the surface of an aluminum flange by thermal decomposition of organometallic chromium compounds in vacuum at a pressure of 1-10 Pa and a temperature of 400-450°C (RU, No. 2433210, C23C 16/18, C23C 4/08, 2011) .

Однако для этого способа характерны высокие напряжения в системе матрица-покрытие и недостаточная адгезия.However, this method is characterized by high stresses in the matrix-coating system and insufficient adhesion.

Известен способ получения на алюминии или его сплавах композиционного покрытия, содержащего промежуточный слой из оксидокерамики (Al2O3) толщиной 50-300 мкм, полученный методом микродугового оксидирования, и слой из пиролитического карбида хрома толщиной 5-50 мкм, нанесенный при пиролизе бисаренхроморганического соединения (RU, №2175686, С23С 28/00, 2001).A known method of obtaining a composite coating on aluminum or its alloys, containing an intermediate layer of oxide ceramics (Al 2 O 3 ) with a thickness of 50-300 microns, obtained by microarc oxidation, and a layer of pyrolytic chromium carbide with a thickness of 5-50 microns, deposited during the pyrolysis of a bisarene-chromium-organic compound (RU, No. 2175686, С23С 28/00, 2001).

Однако в данном способе невозможно получить качественную оксидную пленку на алюминиевых сплавах с высоким содержанием кремния, поскольку в процессе оксидирования подобных сплавов образуется большое количество частиц SiO2, препятствующих дальнейшему осаждению пиролитического карбидохромового покрытия.However, in this method it is impossible to obtain a high-quality oxide film on aluminum alloys with a high silicon content, since a large amount of SiO 2 particles are formed during the oxidation of such alloys, which prevent further deposition of the pyrolytic chromium carbide coating.

Наиболее близким по технической сущности является способ осаждения износостойкого покрытия на алюминиевый сплав, в котором формируют промежуточный слой с последующим нанесением на него слоя карбида хрома путем химического осаждения из паровой фазы бисаренхроморганического соединения при температуре 450-480°С и давлении ≤ 100 Па в потоке инертного газа, при этом промежуточный слой формируют из никель-кобальтового сплава электрохимическим способом (RU, №2569199, С23С 28/00, С23С 16/28, C25D 3/12, 2015).The closest in technical essence is the method of deposition of a wear-resistant coating on an aluminum alloy, in which an intermediate layer is formed, followed by the deposition of a layer of chromium carbide on it by chemical vapor deposition of a bisarenechromoorganic compound at a temperature of 450-480 ° C and a pressure of ≤ 100 Pa in an inert flow. gas, while the intermediate layer is formed from a nickel-cobalt alloy by an electrochemical method (RU, No. 2569199, С23С 28/00, С23С 16/28, C25D 3/12, 2015).

Однако невозможность получения комплексного износостойкого покрытия при равномерной толщине металлического слоя до 5 мкм одним методом металлизации, усложняет процесс технически, а также снижает его экономическую эффективность.However, the impossibility of obtaining a complex wear-resistant coating with a uniform thickness of the metal layer up to 5 microns by one method of metallization complicates the process technically, and also reduces its economic efficiency.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения кобальт-хромового покрытия, используемого для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов, работающих в сопряжениях с деталями, изготовленными из конструкционных сталей, аварийно-спасательных, дорожно-строительных, почвообрабатывающих, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин в условиях ремонтных предприятий.The technical objective of the invention is to develop a method for obtaining a cobalt-chromium coating used to harden parts made of aluminum alloys, working in conjunction with parts made of structural steels, emergency rescue, road construction, tillage, agricultural, logging machines in the conditions of repair enterprises.

Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости и увеличение ресурса сборочной единицы.The technical result of the invention is to increase wear resistance and increase the resource of the assembly unit.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе получения износостойкого кобальт-хромового покрытия на подложке из алюминиевого сплава, включающий нанесение промежуточного кобальтового слоя на поверхность нагретой подложки из алюминиевого сплава в реакторе, при этом промежуточный слой кобальтового покрытия наносят толщиной от 1 до 2 мкм на поверхность подложки из алюминиевого сплава, нагретой до температуры от 390 до 410°С, посредством подачи в реактор паров нитрозилтрикарбонил кобальта с температурой от 18 до 23°С, со скоростью от 1 до 2 л/ч, при остаточном давлении в реакторе от 10 до 20 Па, в среде несущего газа аргона, который подают в реактор со скоростью от 55 до 65 л/ч, и термического разложения паров нитрозилтрикарбонил кобальта, затем в реактор подают пары гексакарбонила хрома с температурой от 35 до 45°С, со скоростью от 1 до 2 л/ч, в среде несущего газа аргона, который подают в реактор со скоростью от 55 до 65 л/ч, при этом пары гексакарбонила хрома термически разлагаются с обеспечением получения износостойкого кобальт-хромового покрытия толщиной от 1,0 до 1,5 мкм на подложке из алюминиевого сплава. The task and the technical result are achieved by the fact that in the method for obtaining a wear-resistant cobalt-chromium coating on an aluminum alloy substrate, including the deposition of an intermediate cobalt layer on the surface of a heated aluminum alloy substrate in the reactor, while the intermediate cobalt coating layer is applied with a thickness of 1 to 2 µm onto the surface of an aluminum alloy substrate heated to a temperature of 390 to 410°C by feeding vapors of cobalt nitrosyltricarbonyl at a temperature of 18 to 23°C into the reactor at a rate of 1 to 2 l/h, at a residual pressure in the reactor of 10 to 20 Pa, in an argon carrier gas medium, which is fed into the reactor at a rate of 55 to 65 l / h, and thermal decomposition of cobalt nitrosyl tricarbonyl vapor, then chromium hexacarbonyl vapor is fed into the reactor at a temperature of 35 to 45 ° C, at a rate of from 1 to 2 l/h, in an argon carrier gas medium, which is fed into the reactor at a rate of 55 to 65 l/h, while chromium hexacarbonyl vapor and thermally decompose to provide a wear-resistant cobalt-chromium coating with a thickness of 1.0 to 1.5 μm on an aluminum alloy substrate.

Нанесение промежуточного слоя кобальтового покрытия в среде аргона в указанных режимах металлизации (температура подложки, температура паров нитрозилтрикарбонил кобальта) обеспечивает минимальное значение остаточных напряжений в системе «слой кобальтового покрытия - алюминиевая подложка» за счет формирования покрытия с низким содержанием примесей оксидной и карбидной фаз.The deposition of an intermediate layer of cobalt coating in an argon environment in the indicated metallization modes (substrate temperature, cobalt nitrosyltricarbonyl vapor temperature) ensures the minimum value of residual stresses in the “cobalt coating layer - aluminum substrate” system due to the formation of a coating with a low content of impurities of the oxide and carbide phases.

Температурные режимы нагрева паров нитрозилтрикарбонил кобальта, гексакарбонила хрома и подложки определены в результате исследования термодинамики химических реакций термического разложения металлоорганических соединений для обеспечения стабильности морфоструктурных характеристик и химического состава металлического покрытия. Изменение соотношения температур нагрева паров нитрозилтрикарбонил кобальта, гексакарбонила хрома и подложки, скорости подачи исходных реагентов в реакционную камеру на этапах формирования промежуточного слоя кобальтового покрытия и нанесения основного слоя кобальт-хромового покрытия приводит к нарушению механизмов взаимодействия паров исходных реагентов и подложки, формированию дефектов в структуре покрытия.The temperature conditions for heating vapors of cobalt nitrosyltricarbonyl, chromium hexacarbonyl and the substrate were determined by studying the thermodynamics of chemical reactions of thermal decomposition of organometallic compounds to ensure the stability of the morphostructural characteristics and chemical composition of the metal coating. A change in the ratio of the heating temperatures of cobalt nitrosyltricarbonyl vapor, chromium hexacarbonyl vapor and the substrate, the feed rate of the initial reagents into the reaction chamber at the stages of formation of the intermediate layer of the cobalt coating and deposition of the main layer of the cobalt-chromium coating leads to a violation of the mechanisms of interaction between the vapors of the initial reagents and the substrate, the formation of defects in the structure coatings.

Повышение температуры паров исходных реагентов приводит к необходимости увеличения скорости подачи их паров в рабочую камеру аппарата для нанесения покрытий (реактор) для обеспечения требуемых скорости роста и толщины покрытия.Increasing the temperature of the vapors of the initial reagents leads to the need to increase the rate of supply of their vapors into the working chamber of the coating apparatus (reactor) to provide the required growth rate and coating thickness.

Понижение температуры паров исходных реагентов приводит к снижению скорости роста покрытий, повышению вероятности протекания побочных реакций, продуктами которых являются примесные компоненты в виде свободного углерода, карбидов и оксидов металлов, высокая концентрация которых дестабилизирует систему, вызывая отслоение металла от поверхности подложки.Lowering the temperature of the vapors of the initial reagents leads to a decrease in the growth rate of coatings, an increase in the likelihood of side reactions, the products of which are impurity components in the form of free carbon, carbides, and metal oxides, a high concentration of which destabilizes the system, causing delamination of the metal from the substrate surface.

Повышение температуры нагрева подложки способствует перегреву реакционного газа, что приводит к преждевременному разложению исходных соединений в объеме реактора с выделением металлических частиц. При температуре подложки более 450°С скорость роста металлического покрытия прекращается, реагенты разлагаются в объеме реактора, не доходя до подложки.An increase in the substrate heating temperature promotes overheating of the reaction gas, which leads to premature decomposition of the starting compounds in the reactor volume with the release of metal particles. At a substrate temperature of more than 450°C, the growth rate of the metal coating stops, the reagents decompose in the reactor volume, not reaching the substrate.

При температуре подложки ниже 300°С процесс роста металлического покрытия определяется в основном скоростью реакций разложения исходных реагентов, влияя на морфологию поверхности и внутреннюю структуру покрытий формированием крупных сферических образований металла и повышенной концентрацией примесей на границах зерен.At a substrate temperature below 300°C, the metal coating growth process is determined mainly by the rate of decomposition reactions of the initial reagents, affecting the surface morphology and the internal structure of the coatings by the formation of large spherical metal formations and an increased concentration of impurities at the grain boundaries.

Замена инертного газа-носителя (аргон) на монооксид углерода приводит к образованию дефектов в структуре покрытия.The replacement of an inert carrier gas (argon) by carbon monoxide leads to the formation of defects in the coating structure.

Нанесение основного слоя кобальт-хромового покрытия путем подачи паров гексакарбонила хрома в среде аргона, нагретых до температуры от 35 до 45°С, на подложку создает технологические возможности для получения слоя комплексного покрытия с высоким содержанием карбида хрома требуемой микротвердости и толщины на рабочей поверхности детали.The application of the main layer of the cobalt-chromium coating by supplying vapors of chromium hexacarbonyl in an argon medium, heated to a temperature of 35 to 45°C, onto the substrate creates technological possibilities for obtaining a complex coating layer with a high content of chromium carbide of the required microhardness and thickness on the working surface of the part.

Последовательное термическое разложение нитрозилтрикарбонил кобальта и гексакарбонила хрома в одном цикле металлизации способствует диффузионному насыщению покрытия (промежуточного и основного слоя) кобальтом и хромом, обеспечивая гомогенность структуры и химического состава покрытия.Sequential thermal decomposition of cobalt nitrosyltricarbonyl and chromium hexacarbonyl in one metallization cycle promotes diffusion saturation of the coating (intermediate and main layer) with cobalt and chromium, ensuring the homogeneity of the structure and chemical composition of the coating.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.The essence of the invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

В рабочей камере аппарата для нанесения покрытий (реакторе) осуществляли монтаж подшипников скольжения шестеренных насосов НШ-50У, включение вакуум-насоса и создание в реакторе остаточного давления 10 Па. Далее через расходомер осуществляли продувку системы аргоном, скорость подачи 60 л/ч. Деталь прогревали до температуры 400°С. Затем из испарителя через расходомер в реактор со скоростью 1,5 л/ч вводили нагретые до температуры 20°С пары нитрозилтрикарбонил кобальта и в течение 5 минут наносили слой покрытия толщиной до 2 мкм. Далее подачу паров нитрозилтрикарбонил кобальта прекращали. Из сублиматора через расходомер в реактор со скоростью 1,5 л/ч подавали нагретые до температуры 40°С пары гексакарбонила хрома и в течение 3 минут наносили слой кобальт-хромового покрытия толщиной до 1,5 мкм. Затем подачу паров гексакарбонил хрома и аргона прекращали, нагреватель выключали, в течение 10 минут осуществляли выдержку деталей с целью ее охлаждения. Затем производили демонтаж деталей.In the working chamber of the coating apparatus (reactor), the bearings of the NSh-50U gear pumps were mounted, the vacuum pump was turned on, and a residual pressure of 10 Pa was created in the reactor. Next, the system was purged with argon through the flowmeter, the flow rate was 60 l/h. The item was heated to a temperature of 400°C. Then, cobalt nitrosyl tricarbonyl vapors heated to a temperature of 20°C were introduced from the evaporator through a flow meter into the reactor at a rate of 1.5 l/h, and a coating layer up to 2 μm thick was deposited within 5 minutes. Further, the supply of cobalt nitrosyltricarbonyl vapors was stopped. Chromium hexacarbonyl vapor heated to a temperature of 40°C was fed from the sublimator through a flow meter into the reactor at a rate of 1.5 l/h, and a layer of cobalt-chromium coating up to 1.5 μm thick was deposited within 3 minutes. Then the supply of vapors of chromium hexacarbonyl and argon was stopped, the heater was turned off, and the parts were held for 10 minutes in order to cool them. Then the parts were dismantled.

Исследование качества полученных покрытий на срезе производили с помощью двулучевой системы (small dual beam, FIB/SEM) в растровом электронном микроскопе Quanta 3D FEG; элементный состав покрытий определяли методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Исследование по определению микротвердости проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 9450-76 «Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников». Прочность сцепления полученных покрытий с подложкой определяли штифтовым методом на испытательной машине FP-10/1. Шероховатость поверхности покрытий проводили методом ощупывания с использованием профилометра MarSurf PS1. Исследование износостойкости в стендовых испытаниях проводили на испытательной машине модели СМЦ-2 с образцами типа «диск-колодка». Кобальт-хромовые покрытия наносили на поверхность диска, изготовленного из алюминиевого сплава АК9М2 ГОСТ 1583-93, колодку изготавливали из стали 18ХГТ ГОСТ 4543-71, закаленной до HRC 58…62. Также исследовали износостойкость сопряжения «подшипник скольжения-цапфа вала» шестеренных насосов НШ-50У. В качестве рабочей жидкости применяли масло индустриальное И20 ГОСТ 20779-75. Для обеспечения ускоренного изнашивания в рабочую жидкость добавляли абразив, приготовленный из кварцевого формовочного песка ГОСТ 2138-84 с дисперсностью 3 мкм. Содержание абразивного материала в рабочей жидкости составляло 3±0,5% по массе масла.The study of the quality of the obtained coatings on the cut was carried out using a two-beam system (small dual beam, FIB/SEM) in a Quanta 3D FEG scanning electron microscope; The elemental composition of the coatings was determined by energy-dispersive X-ray spectroscopy. The study to determine the microhardness was carried out on samples in accordance with GOST 9450-76 "Measurement of microhardness by indentation of diamond tips." The adhesion strength of the resulting coatings to the substrate was determined by the pin method on an FP-10/1 testing machine. The surface roughness of the coatings was measured by probing using a MarSurf PS1 profilometer. The study of wear resistance in bench tests was carried out on a testing machine model SMTs-2 with samples of the "disk-block" type. Cobalt-chromium coatings were applied to the surface of a disk made of aluminum alloy AK9M2 GOST 1583-93, the block was made of steel 18KhGT GOST 4543-71, hardened to HRC 58–62. We also studied the wear resistance of the “plain bearing-shaft pin” interface of gear pumps NSh-50U. Industrial oil I20 GOST 20779-75 was used as a working fluid. To ensure accelerated wear, an abrasive prepared from GOST 2138-84 quartz molding sand with a fineness of 3 μm was added to the working fluid. The content of the abrasive material in the working fluid was 3±0.5% by weight of the oil.

Технологические режимы ведения металлизации представлены в таблице 1. Свойства получаемого покрытия приведены в таблице 2.Technological modes of conducting metallization are presented in table 1. The properties of the resulting coating are shown in table 2.

Пример 2Example 2

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но температура прогрева детали снижалась до 350°С. Сформированное покрытие имело вертикально-столбчатую структуру. Произошло снижение прочности сцепления покрытия с подложкой до 60 МПа, и в процессе стендовых испытаний образцов типа «диск-колодка» покрытие отслаивалось от поверхности образца.The example was carried out similarly to the example above, but the heating temperature of the part was reduced to 350°C. The formed coating had a vertical columnar structure. There was a decrease in the adhesion strength of the coating to the substrate to 60 MPa, and in the process of bench testing of samples of the "disk-block" type, the coating peeled off from the surface of the sample.

Технологические режимы ведения металлизации представлены в таблице 1. Свойства получаемого покрытия приведены в таблице 2.Technological modes of conducting metallization are presented in table 1. The properties of the resulting coating are shown in table 2.

Пример 3Example 3

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру 1, но температура прогрева детали повышалась до 450°С. Это привело к снижению скорости роста покрытия из-за разогрева среды вокруг подложки и диссоциации исходных реагентов в объеме реактора. Произошло выделение высокодисперсного углерода в объеме реактора и на поверхности подложки. Сформировалось покрытие с вертикально-столбчатой структурой, морфология поверхности образцов высокодисперсная, «зернистая», содержащая дефекты в виде пор с включениями частиц сажи. Произошло снижение прочности сцепления покрытия с подложкой до 40 МПа, а также снижение микротвердости покрытия до 14 ГПа.The example was carried out similarly to the above example 1, but the heating temperature of the part was increased to 450°C. This led to a decrease in the coating growth rate due to heating of the medium around the substrate and dissociation of the initial reagents in the reactor volume. There was a release of highly dispersed carbon in the volume of the reactor and on the surface of the substrate. A coating with a vertical columnar structure was formed, the surface morphology of the samples is highly dispersed, “granular”, containing defects in the form of pores with inclusions of soot particles. There was a decrease in the adhesion strength of the coating with the substrate to 40 MPa, as well as a decrease in the microhardness of the coating to 14 GPa.

Технологические режимы ведения металлизации представлены в таблице 1. Свойства получаемого покрытия приведены в таблице 2.Technological modes of conducting metallization are presented in table 1. The properties of the resulting coating are shown in table 2.

Пример 4Example 4

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру 1, но скорость подачи паров гексакарбонила хрома в реактор снижалась до 1,0 л/ч. Это привело к снижению скорости роста покрытия и формированию металлического слоя толщиной менее 2 мкм. Произошло снижение микротвердости покрытия до 16 ГПа, прочности сцепления покрытия с подложкой - до 70 МПа.The example was carried out similarly to Example 1 above, but the chromium hexacarbonyl vapor feed rate to the reactor was reduced to 1.0 l/h. This led to a decrease in the coating growth rate and the formation of a metal layer with a thickness of less than 2 μm. There was a decrease in the microhardness of the coating to 16 GPa, the adhesion strength of the coating to the substrate - up to 70 MPa.

Технологические режимы ведения металлизации представлены в таблице 1. Свойства получаемого покрытия приведены в таблице 2.Technological modes of conducting metallization are presented in table 1. The properties of the resulting coating are shown in table 2.

Пример 5Example 5

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру 1, но металлизация проводилась в среде монооксида углерода. Это способствовало образованию в промежуточном слое покрытия оксидов кобальта и формированию оксидной пленки на поверхности, что привело к увеличению количества дефектов на границе раздела «алюминиевая подложка - промежуточный слой покрытия» и к снижению прочность сцепления покрытия с подложкой до 30 МПа. Произошло снижение микротвердости покрытия до 12 ГПа.The example was carried out similarly to the above example 1, but the plating was carried out in a carbon monoxide environment. This contributed to the formation of cobalt oxides in the intermediate coating layer and the formation of an oxide film on the surface, which led to an increase in the number of defects at the interface "aluminum substrate - intermediate coating layer" and to a decrease in the adhesion strength of the coating to the substrate to 30 MPa. The microhardness of the coating decreased to 12 GPa.

Технологические режимы ведения металлизации представлены в таблице 1. Свойства получаемого покрытия приведены в таблице 2.Technological modes of conducting metallization are presented in table 1. The properties of the resulting coating are shown in table 2.

Предложенный способ нанесения кобальт-хромового покрытия на подложки из алюминиевых сплавов эффективен в достижении оптимального для эксплуатации сочетания значений износа в парах трения (0,15-0,20 г), микротвердости 17-18 ГПа, прочности сцепления 80-90 МПа и шероховатости (Ra = 0,16-0,32 мкм) полученных покрытий с подложкой, что обеспечивает увеличение износостойкости деталей в 2,0-2,5 раза по сравнению с серийно выпускаемыми деталями.The proposed method for applying a cobalt-chromium coating on aluminum alloy substrates is effective in achieving an optimal combination of wear values in friction pairs (0.15–0.20 g), microhardness 17–18 GPa, adhesion strength 80–90 MPa, and roughness ( Ra = 0.16-0.32 μm) of the obtained coatings with a substrate, which provides an increase in the wear resistance of parts by a factor of 2.0-2.5 compared to mass-produced parts.

Предлагаемое изобретение находится на стадии лабораторно-исследовательских испытаний.The present invention is at the stage of laboratory research tests.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Способ получения износостойкого кобальт-хромового покрытия на подложке из алюминиевого сплава, включающий нанесение промежуточного кобальтового слоя на поверхность нагретой подложки из алюминиевого сплава в реакторе, отличающийся тем, что промежуточный слой кобальтового покрытия наносят толщиной от 1 до 2 мкм на поверхность подложки из алюминиевого сплава, нагретую до температуры от 390 до 410°С, посредством подачи в реактор паров нитрозилтрикарбонил кобальта с температурой от 18 до 23°С, со скоростью от 1 до 2 л/ч, при остаточном давлении в реакторе от 10 до 20 Па, в среде несущего газа аргона, который подают в реактор со скоростью от 55 до 65 л/ч, и термического разложения паров нитрозилтрикарбонил кобальта, затем в реактор подают пары гексакарбонила хрома с температурой от 35 до 45°С, со скоростью от 1 до 2 л/ч, в среде несущего газа аргона, который подают в реактор со скоростью от 55 до 65 л/ч, при этом пары гексакарбонила хрома термически разлагаются с обеспечением получения износостойкого кобальт-хромового покрытия толщиной от 1,0 до 1,5 мкм на подложке из алюминиевого сплава.A method for producing a wear-resistant cobalt-chromium coating on an aluminum alloy substrate, which includes applying an intermediate cobalt layer on the surface of a heated aluminum alloy substrate in a reactor, characterized in that the intermediate cobalt coating layer is applied with a thickness of 1 to 2 μm on the surface of an aluminum alloy substrate, heated to a temperature of 390 to 410°C, by supplying vapors of cobalt nitrosyl tricarbonyl to the reactor at a temperature of 18 to 23°C, at a rate of 1 to 2 l/h, at a residual pressure in the reactor of 10 to 20 Pa, in a carrier medium argon gas, which is fed into the reactor at a rate of 55 to 65 l / h, and thermal decomposition of cobalt nitrosyl tricarbonyl vapor, then chromium hexacarbonyl vapor is fed into the reactor at a temperature of 35 to 45 ° C, at a rate of 1 to 2 l / h, in an argon carrier gas medium, which is fed into the reactor at a rate of 55 to 65 l/h, while chromium hexacarbonyl vapors thermally decompose to ensure wear resistant cobalt-chromium coating with a thickness of 1.0 to 1.5 microns on an aluminum alloy substrate.
RU2022126708A 2022-10-13 Method for deposition of a wear-resistant cobalt-chromium coating on aluminum alloy substrates RU2791115C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791115C1 true RU2791115C1 (en) 2023-03-02

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3244554A (en) * 1962-10-10 1966-04-05 Ethyl Corp Metal alloy plating process
RU2075540C1 (en) * 1994-03-23 1997-03-20 Анатолий Адамович Уэльский Method of deposition of wear-resistant coating
RU2089664C1 (en) * 1994-06-02 1997-09-10 Анатолий Адамович Уэльский Method of applying multilayer metal coating to restore worn parts and its modification
RU2569199C1 (en) * 2014-06-10 2015-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Deposition of wear-proof coating on aluminium alloys with high silicon content

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3244554A (en) * 1962-10-10 1966-04-05 Ethyl Corp Metal alloy plating process
RU2075540C1 (en) * 1994-03-23 1997-03-20 Анатолий Адамович Уэльский Method of deposition of wear-resistant coating
RU2089664C1 (en) * 1994-06-02 1997-09-10 Анатолий Адамович Уэльский Method of applying multilayer metal coating to restore worn parts and its modification
RU2569199C1 (en) * 2014-06-10 2015-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Deposition of wear-proof coating on aluminium alloys with high silicon content

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7050337B2 (en) High Adhesion Boron Dope Inclined Diamond Layer in WC-Co Cutting Tools
US3721577A (en) Process for the deposition of refractory metal and metalloid carbides on a base material
Gao et al. Design and synthesis of diffusion-modified HfC/HfCSiC bilayer system onto WC-Co substrate for adherent diamond deposition
Wang et al. TiB2 barrier interlayer approach for HFCVD diamond deposition onto cemented carbide tools
US4040870A (en) Deposition method
Yuan et al. Improvement in the universality of high-performance CVD diamond coatings on different WC-Co substrates by introducing multilayered diamond/β-SiC composite
Zheng et al. Design and fabrication of HfC, SiC/HfC and HfC-SiC/HfC interlayers for improving the adhesion between diamond coatings and cemented carbides
Archer et al. Chemical vapour deposited tungsten carbide wear-resistant coatings formed at low temperatures
Li et al. Direct coating adherent diamond films on Fe-based alloy substrate: the roles of Al, Cr in enhancing interfacial adhesion and promoting diamond growth
EP0383665B1 (en) Process of depositing a coating of a metallic nitride or carbonitride from the vapour phase under low temperature
RU2791115C1 (en) Method for deposition of a wear-resistant cobalt-chromium coating on aluminum alloy substrates
Shen et al. Zr/ZrC modified layer formed on AISI 440B stainless steel by plasma Zr-alloying
US4153483A (en) Deposition method and products
Bareiβ et al. CVD diamond coating of steel on a CVD-TiBN interlayer
Zhou et al. A review of diamond interfacial modification and its effect on the properties of diamond/Cu matrix composites
Stulov et al. Electrochemical methods for obtaining thin films of the refractory metal carbides in molten salts
TW201016861A (en) Cemented WC with diamond film
Sataev et al. A galvanic-chemical method for preparing diamond containing coatings
Srinivasan et al. Studies on electroless nickel–PTFE composite coatings
RU2732038C1 (en) Method of applying chromium coating on precision parts from low-alloy structural steels
Zhao et al. A new strategy to efficiently fabricate tungsten carbide coating on tungsten: two-step interstitial carburization
CN114318202B (en) Nickel-based alloy surface wear-resistant coating and preparation method thereof
Plesovskikh et al. Import-substituting technology for manufacturing parts of the oil and gas industry with the application of tungsten based wear-resistant coatings
Kellermann et al. Well adherent diamond coatings on steel substrates
RU2626126C1 (en) Method of applying wear-resistant iron-nickel coating on precision parts from low-alloy steels