SU1760987A3 - Способ получени защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на издели х из металла, стекла, керамики - Google Patents

Abstract

Использование: в машиностроении, строительстве и дл  производства товароз народного потреблени . Сущность изобретени : увеличение прочности сцеплени  покрыти  с основой из металла, стекла, керамики, расширение цветовой гаммы нит- ридтитановых покрытий и повышение качества выпускаемых изделий достигаетс  за счет термообработки в печи или лазерном излучением после напылени  покрыти  толщиной не более 5 мкм. 4 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к области нанесени  тонкопленочных покрытий в вакууме, в частности к способам электродугового напылени  нитридтитанового покрыти  на издели  из различных материалов и может быть использовано в машиностроении, строительстве и дл  производства товаров народного потреблени .

Известны способы нанесени  нитрида титана в вакууме электродуговым напылением на издели  из металла - это режущий инструмент, детали машин, зубные протезы и т.д. Такие покрыти  широко примен ютс  в СССР и за рубежом с целью повышени  износостойкости, коррозионной стойкости изделий, придани  им декоративных свойств или замены золота - на зубных протезах .

Известен также способ получени  декоративной керамики, при котором на керамическую эмаль нанос т композицию, содержащую 10-80% нитрида титана. 10- 80% стекла и остальное пигмент дл  окрашивани  керамических материалов и

провод т обжиг при температуре более 1000°С до получени  декоративного материала , имеющего золотистую окраску и металлический блеск.

Недостатками данного способа  вл ютс  необходимость использовани  специальных добавок, вводимых в керамический материал дл  восстановлени  декоративных характеристик, и низка  прочность сцеплени  покрыти .

Наиболее близким решением к изобретению  вл етс  способ нанесени  декоративного покрыти  из нитрида титана на издели  из металла, стекла и керамики, включающий нагрев изделий, электродуговое напыление пленки в азотсодержащей среде и охлаждение. В данном способе путем регулировани  парциальных давлений аргона и азота можно измен ть оттенок полученной пленки от красного до золотистого цвета.

Недостатком данного способа  вл етс  низкое качество издэ м  за счет низкой прочности сцеплена покрыти  с основой.

41

о ю

Сл

Целью насто щего изобретени   вл етс  увеличение прочности сцеплени  покрыти  с основой из металла, стекла, керамики, достижение декоративности за счет расширени  цветовой гаммы нитридтитановых покрытий, что приводит к повышению качества выпускаемых изделий промышленного назначени  и товаров народного потреблени . Поставленна  цель достигаетс  за счет проведени  термообработки и нанесени  нитридтитановых покрытий на издели  из металла, стекла и керамики по оптимальным режимам.

Нанесение нитридтитановых покрытий осуществл етс  на выпускаемых промыш- ленностью установках типа Булат (г. Сморгонь), Пуск (Москва), Мир (Харьков ), УВНД (г. Калининград), ННВ (г. Новосибирск ). Основные недостатки получаемых покрытий на этих установках - невысока  прочность сцеплени  покрыти  с основой из стекла или керамики (покрытие отслаиваетс ) и нет декоративных свойств (только один цвет - золотистый), Это объ сн етс  наличием капельной фазы вструк- туре покрытий.

Модернизаци  установок заключаетс  в том, чтобы обеспечить исчезновение капельной фазы в покрытии. Между катодом и напыл емыми издели ми устанавливаетс  экран, улавливающий эту капельную фазу. Дл  обеспечени  качественного нанесени  покрыти  необходимо обеспечить вращение изделий относительно катода. Оптимальный режим нанесенм  покрытий не  вл етс  предметом изобретени  и приводитс  в конкретных примерах осуществлени  изобретени .

Металлические издели  в установках данного типа нагреваютс  перед напылени- ем покрытий за счет пропускани  электрического тока. Стекло и керамику таким образом нагреть нельз , они не  вл ютс  материалами - проводниками эл. тока. Поэтому в установках необходимо дополни- тельно разместить нагреватель, который будет издели  из керамики нагревать излучением , то же относитс  и к издели м из стекла. Температуры нагрева рассчитываютс  приблизительно и выбираютс  экспе- риментально из интервала температур (0,5-0,8 Тпл.). Тонка  пленка на гор чую основуложитс  с высокой прочностью сцеплени  только в том случае, если коэффициенты термического расширени  нитрида титана и материала основы согласуютс , но они чаще всего очень сильно различаютс . Эта проблема разрешаетс  применением последующей термообработки, в процессе которой за счет протекани  диффузионных

процессов происходит изменение химического состава и микроструктуры нитридти- тановой пленки и материала основы. Происходит диффузионный процесс закреплени  нитридтитановой пленки на основе и сн тие температурных напр жений, возникающих в процессе нанесени  покрытий , Если покрытие издели  подвергнуть отжигу сразу после напылени , то есть выдержать при температурах от 100 до 700°С в течение от 1 до 10 ч, то образуетс  диффузионна  зона между покрытием и основой , а покрытие приобретает разные цвета в зависимости от режима нагрева и охлаждени , то есть мен ет свою структуру и свойства.

Существует р д изделий, которые необходимо защитить от износа или коррозионного воздействи  в определенном месте. Тогда можно произвести напыление нит- ридтитанового покрыти  с применением масок из металлической фольги, а дл  обеспечени  высокой прочности сцеплени  обработку лазерным излучением с плотностью энергии в п тне фокусировки от 1 до 2 Дж/мм2 и длительностью импульса от 1 до 2-10 с. Дл  этих целей используютс  установки типа Квант-10,16,18, ЛТУ-2М и другие импульсного действи . Этим способом можно получить эффект декорировани  изделий от золотистого цвета до желтого, коричневого , красновато-фиолетового и синего. Врем  обработки одного издели  сокращаетс  существенно от нескольких часов до нескольких минут, то есть значительно вырастает производительность труда и качество изделий.

Автор считает, что защитно-декоративные покрыти  наиболее целесообразно примен ть на издели х - товарах народного потреблени , качество которых зависит от уровн  технологии, используемой при их производстве, Поэтому применение данного изобретени  показано, главным образом, на товарах народного потреблени . Издели  из металла - это ложки, вилки, ножи, тур(и и др. посуда. Издели  из стекла - это линзы, вазы, витражные стекла, стаканы, фужеры, сервизы и др. посуда. Издели  из керамики - это облицовочна  плитка, сервизы из керамики и фарфора, вазы и др. посуда .

Дл  всех изделий, товаров народного потреблени , особенно важен фактор прочности сцеплени  покрыти  с основой, а затем цвет изделий как декоративна  характеристика. Данное изобретение решает эту проблему, достигаетс  высокое качество продукции, большое разнообразие цветовой гаммы: золотистый, сиреневый,

синий, коричневый, зеленый, голубой, радужно-перламутровый и все цвета с характерным дл  нитрида титана блеском на полированных поверхност х.

П р и м е р 1. Покрытие нанос т на издели  из. металла (нержавеюща  сталь). Установка УВНД. Издели  отполированы, промыты, просушены и протираютс  спиртом , помещаютс  в приспособление и устанавливаютс  з вакуумную камеру, происходит процесс напылени  покрыти . Согласно разработанномутехпроцессу приспособление помещаетс  в поворотное устройство , затем камера закрываетс  и происходит откачка воздуха до давлени  1,33-10 Па, включаетс  привод вращени  и подаетс  на держатель высокое напр жение , включаетс  электродуговой испаритель и устанавливаетс  ток дуги 80-90 А, 1500 В, производитс  ионна  очистка и на- грев изделий бомбардировкой ионами титана в непрерывном режиме, напыление покрыти  в среде азота, отключаетс  испаритель , прекращаетс  подача газа, снимаетс  напр жение 120-150 В и ток 80-90 А, при которых происходило напыление нитридти- танового покрыти . Издели  охлаждаютс  до температуры 150-200°С в камере, а затем перенос тс  в камерную печь дл  проведени  операции отжига. Визуально контролируетс  цвет покрытий. Если необходимо оставить цвет золотисто-желтый, то температура отжига 200°С и выдержка 2 ч, затем медленное охлаждение. Прочность сцеплени  и цвет получаютс  взаимось - занными, а качество изделий высокое.

П р и м е р 2. Покрытие нанос т на издели  из стекла (стекло может быть закаленным , прочным, светлым, прозрачным, цветным, обычным или хрустальным, тон- ким и толстым, после огранки или пескоструйной обработки). Установка УВНД. Издели  промыты, просушены и протираютс  спиртом, помещаютс  в приспособление и устанавливаютс  в вакуумную камеру, происходит процесс напылени  покрыти , который описан выше (пример 1). После напылени  покрыти  изделие, в зависимости оттребований заказчика, может иметь золотистый цвет или любой из перечисленных: сиреневый, синий, зеленый, голубой, радужно-перламутровый с блеском, Температура отжига обычного стекла 250-300°С, дл  закаленного стекла 350 400°С, дл  хрустального стекла 400-450°С, выдержка приводит к тому, что мен етс  цвет стекла последовательно и достигаетс  эффект просветлени . После термообработки за счет протекающих процессов диффузии между покрытием и основой образуетс  диффузионна  зона,

котора  обеспечивает высокую прочность сцеплени  покрыти  с основой. Охлаждение после отжига происходит в печи, медленно , в этом случае происходит релаксаци  напр жений.

П р и м е р 3. Покрытие нанос т на издели  из керамики (керамическа  облицовочна  плитка, вазы, сервизы и посуда из фарфора). Установка УВНД. Издели  промыты , прокалены и протираютс  спиртом, помещаютс  в приспособление и устанавливаютс  в вакуумную камеру, происходит процесс напылени  покрыти , который описан выше (пример 1). После напылени  покрыти  издели  в зависимости от требований заказчика могут иметь золотистый цвет, поверхность может быть матовой или блест щей в зависимости от состо ни  исходного материала (эмали, которой покрыта керамика). Температура отжига дл  керамики 500-700°С, выдержка от 1 до 10ч. Определ етс  оптимальный режим экспериментально , а контролируетс  визуально. Цвет измен етс  последовательно: золотистый , коричневый, красный, сиреневый, синий, зеленый, желтый, перламутрово-ра- дужный.

Длительность операции отжига можно существенно сократить, если примен ть лазерную обработку.

П р и м е р 4. Покрытие нанос т на керамическую плитку (пример 3). Вместо операции отжига, котора  длитс  от 1 до 10 ч, L течение неско/1 ьких минут на установке ЛТУ-2М можно обработать изделие с разной плотностью излучени  от 1 до 2 Дж/мм2 и длительностью импульса от 1 до с. Качество обработки контролируетс  визуально , прочность сцеплени  покрыти  с основой и цвет измен ютс  в зависимости от режима обработки. Основное преимущество лазерной обработки - это локальность обработки. Можно нарисовать любой рисунок , заложенной в программу компьютера.

П р и м е р 5. Покрытие нанос т на металлическое изделие (пример 1). Вместо отжига производ т лазерную обработку (пример 4), но не всего издели , а только определенной его части, которую необходимо упрочнить (режуща  кромка инструмента или ножа). За счет локальной лазерной обработки обеспечиваетс  высока  прочность сцеплени  покрыти  с основой. Как правило , когда покрытие надо нанести частично, используют маски из металлической фольги. Покрытие в нужном месте на изделии выполн ет защитную функцию от износа или коррозии. Маски из фольги можно использовать м с другой целью - декорировать изделие.

Использование предлагаемого способа нанесени  защитно-декоративных покрытий на основе нитрида титана обеспечит по сравнению с существующими технологи ми высокое качество изделий, которое обеспечиваетс  высокой прочностью сцеплени  покрыти  с основой из металла, стекла, керамики и достаточно большой гаммой цветов , получаемых после термообработки от золотистого до перламутрового. Кроме того, вследствие неприменений- специальных пигментов (как в за вке-прототипе) и стекла , обеспечит экономию этих материалов и использование по другому назначению. Низкотемпературный отжиг позволит существенно сократить расход электроэнергии при осуществлении за вл емого способа. Экологическа  чистота реализации за вл емого способа  вл етс  гарантией безвредного применени  покрытий дл  здоровь  людей, которые будут использовать посуду с такими покрыти ми.

Claims (5)

1. Формула изобретени  1. Способ получени  защитно-декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на издели х из металла, стекла, керамики , включающий нагрев изделий, электродуговое напыление пленки в азотсодержащей среде и охлаждение, отличающ и и с   тем, что после напылени  пленки провод т термообработку издели  до получени  требуемого цветового оттенка и ssj- сокой прочности, причем пленку нитрида титана напыл ют толщиной, не превышающей 5 мкм.
2. 2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что напыление пленки осуществл ют из сепарированного плазменного потока.
3. 3.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что термообработку провод т в камерной печи при 100-700°С с последующей выдержкой 1-10 ч.
4. 4.Способ по п.1, отличающийс  тем, что термообработку провод т с помощью лазерного излучени  с плотностью энергии в п тне фокусировки Дж/мм2 и длительности импульса с,
5. 5.Способ по п.1,отличающийс  тем, что напыление пленки осуществл ют

   через маску.