SU1641892A1

SU1641892A1 - Способ получени углеродсодержащих покрытий в вакууме

Info

Publication number: SU1641892A1
Application number: SU864100304A
Authority: SU
Inventors: Борис Алексеевич Мовчан; Николай Иванович Гречанюк; Юрий Борисович Чуйков
Original assignee: Институт Электросварки Им.Е.О.Патона
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1991-04-15

Abstract

Изобретение может быть использовано при получении износостойких, i жаропрочных и высокотвердых покрытий на поверхности изделий. Цель изобретени - увеличение производительности процесса. На расходуемой поверхности графита (Г) размещают навеску вольфрама и расплавл ют ее электронным лучом. На поверхности Г образуетс ванна, исключающа контакт электронного луча с Г и растворение частиц Г с образованием расплава вольфрам - углерод. В ходе процесса Г и вольфрам попадают в зону испарени со скорост ми, обеспечивающими посто нство уровн расплава относительно верхнего торца тигл и относительно расходуемой поверхности Г. 1 ил. (Л

Description

Изобретение относитс к металлургии и может быть использовано при получении износостойких жаропрочных и высокотвердых покрытий на поверхности изделий.

Целью изобретени вл етс увеличение производительности процесса без снижени качества покрытий путем повышени удельной скорости испарени углерода без выброса твердых частиц графита в паровую фазу за счет исключени непосредственного контакта электронного луча большой удельной мощности с поверхностью графита.

Сущность изобретени заключаетс в том, что при получении углеродсо- держащих покрытий в вакууме путем

испарени из водоохлаждаемых тиглей графита и переходного металла на расходуемой поверхности графита размещают навеску вольфрама и расплавл ют ее электронным лучом. Таким образом, на поверхности графита образуетс ванна-посредкик, наличие которой исключает непосредственный контакт электронного луча с поверхностью графита, а также обеспечивает растворение чдстиц графита с образованием расплава вольфрам - углерод. Поскольку углерод имеет упругость пара выше, чем вольфрам, из расплава преимущественно испар етс углерод. В ходе процесса графит и вольфрам подают в зону испарени с такими ско-

00 СО

ю

10

15

20

25

31641892

рост ми, чтобы обеспечивалось посто нство уровн зеркала расплава относительно верхнего торца водоохлаждае- мого тигл и относительно расходуемой поверхности графита. При этом глубина ванны остаетс посто нной и обеспечиваетс стабильность процесса и свойств покрыти .

На чертеже изображена схема, по сн юща способ,

На чертеже изображены водоохлаж- даемьй тигель 1, вакуумна камера 2, графитовый стержень 3, ванна-посредник 4, устройство 5 подпитки, стержень 6 из переходного металла, второй водоохлаждаемый тигель 7, паровой поток 8, 9, электронный луч 10, пушка 11, заслонка 12, подложка 13, дополнительна пушка 14, пушка 15, электронный луч 16.

Способ осуществл ют следующим обазом .

В цилиндрический водоохлаждаемый медный тигель 1, расположенный в вакуумной камере 2, помещают графитовый стержень 3, на поверхность которого помещают навеску вольфрама и расплавл ют ее электронным лучом 16 от пушки 15 до образовани расплавленной ванны-посредника 4. Нагрев ванны электронным лучом осуществл ют в течение всего процесса нанесени покрыти . При наведении указанной ванны в начале-процесса подложку 13-закрывают заслонкой 12, которую после выхода на режим испарени открывают. По мере испарени стержень 3 подают вверх, а ванну-посредник 4 подпитывают вольфрамом, например , в виде проволоки из устройства 5 подпитки. Образующийс паровой поток 8 конденсируетс на подложку 13, которую в случае необходимости подогревают электронным лучом дополнительной пушки 14.

При нанесении таких углеродсодер- жащих покрытий, как карбиды, графи- товый стержень 3 испар ют как описано выше, а из водоохлаждаемого медного тигл 7 испар ют стержень 6, со- 50 сто щий из переходного металла. Дл этого стержень 6 нагревают электронным лучом 10 от пушки 11, осуществ- . л таким образом его испарение. Образующийс паровой поток 9 совместно с паровым потоком 8 углерода осаждаетс на подложку 13 с образо- 1 ванием углеродсодержащего покрыти .

30

35

40

45

55

С н н

с к с т в в и р 3 1 2 1 1 да с ти 3 п чи ра п ди Пр 3 1 8 18 ти т н пр ма

с с гр и 68 3 мы 70 ги д и эл им 20 л в ла то

0

5

0

5

0

5

0

5

Состав покрыти можно регулировать, например, изменением соотношени мощ ностей пушек 15 и 11.

Пример 1. Способ был осуществлен на лабораторно-промышленной установке УЭ-109М. В качестве источника углерода был выбран графит марки МГ-1, из которого был изготовлен стержень 3 диаметром 68,5 мм и высотой 200 мм. Стержень 3 помещали в медный водоохлаждаемый тигель 1 с внутренним диаметром 70 мм. В качестве материала ванны-посредника был использован технически чистый вольфрам . Навеска вольфрама составл ла 300 г, ток луча 16 электронной пушки 15-3,5. А, ускор ющее напр жение 20 кВ, удельна мощность луча 18,2 МВт/м2, давление в камере (1,33- 1,66) у , подложку 13 из нитрида кремни нагревали до . Рассто ние от подложки 13 до поверхности зеркала расплава составл ло 300 мм. По мере испарени стержень 3 подавали вверх со скоростью, обеспечивающей посто нство уровн зеркала расплава относительно тигл . Ванну подпитывали вольфрамовой проволокой диаметром 1 мм со скоростью 6 мм/мин, Продолжительность процесса составила 30 мин с момента открыти заслонки 12, а толщина полученного покрыти 850-900 мкм (скорость нанесени 1700- 1800 мкм/ч). По внешнему виду покрытие имело черный цвет и гладкую блест щую поверхность. Рентгеноструктур- ньй анализ покрыти показал, что оно представл ет собой рентгеноаморфный материал.

Пример 2. Способ был осуществлен на установке УЭ-1Э9М.В качестве источника углерода был выбран графит марки ГЭ, из которого был изготовлен стержень 3 диаметром 68,5 мм и высотой 200 мм. Стержень 3 был помещен в медньй водоохлаждаемый тигель 1 с внутренним диаметром 70 мм, расположенный слева. В аналогичный тигель 7, расположенный р дом справа, был помещен стержень 6 из иодидного титана, подвергнутого электронно-лучевому переплаву, и имеющий диаметр 68,5 мм и высоту 200 мм. Рассто ние между ос ми тиглей 1 и 7 составл ло 250 мм. На поверхность графитового стержн 3 была помещена навеска технически чистого вольфрама. Каждый из тиглей

грели отдельной электронной пушкой. После расплавлени вольфрамовой навески и верхнего торца титанового стержн открывали заслонку 12. Навеска вольфрама составл ла 350 г, ускор ющее напр жение 20 кВ, ток электронного луча 16 тигл 1 с графитом составл л 3,0 А (удельна мощность луча 15,6 МВт/м2), а тигл 7 с титаном - 1,3 А, давление в камере (1,33-2,66). Подложку 13 нагревали до 850°С. Рассто ние от подложки 13 до поверхности зеркала расплава составл ло 300 мм. По мере испарени оба стержн с необходимой скоростью подавали вверх. Вольфрамовую расплавленную навеску, расположенную на расходуемой поверхности ррафита, подпитывали вольфрамовой проволокой диаметром 1 мм со скоростью 4 мм/мин. Продолжительность процесса составила 30 мин с момента открыти заслонки 12, а толщина полученного покрыти 800-850 мкм (скорость нанесени 1600-1700 мкм/ч). По внешнему виду покрытие светло-серого цвета с гладкой поверхностью. Рентгенострук- турный анализ покрыти показал наличие карбида титана и аморфной фазы, соответствующей избыточному углероду. Использование данного способа получени углеродсодержащих покрытий обеспечивает существенное (более чем в 100 раз) увеличение производительности процесса без снижени качества покрытий.

10

Claims

Формула изобретени

Способ получени углеродсодержа- щих покрытий в вакууме путем электронно-лучевого испарени из водоох- лаждаемых тиглей графита и переходного металла с последующей конденсацией паров на подложке, отличающийс тем, что, с целью увеличени производительности процесса без снижени качества покрытий на расходуемой поверхности графита электронным лучом, расплавл ют навеску вольфрама и ос%уществл ют подачу

графита и вольфрама в зону испарени со скорост ми, обеспечивающими посто нство уровн зеркала расплава относительно верхнего торца тигл и расходуемой поверхности графита.

CD-«

#

Ч

/f насосу

. //5 ; : -- / . .: .: : - V-;- v /.- - .

s :, : .--Ул: : жх.;.-л .. }

ч:/.-:-. .: ...:; v/:;- ;-:-:V: :-- ;::V-V..-- -,.- /:

Л

к

Составитель С.Батюк Редактор Т.Лазоренко Техред М.Дидык

Заказ 1126

Тираж 584

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

МШИ.. 1 --L-T L-I -Tirj ,П- -И ----- - -. II .

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

13

/

/

12

Л

Корректор М.Демчик

Подписное