Спосіб одержання композиційних сульфіднохромових покриттів

Изобретение относится к области порошковой металлургии, защитных покрытий и химической технологии неорганических веществ, в частности к защитным износостойким покрытиям на основе хрома. Наиболее близким к нашему изобретению является способ нанесения композиционных сульфиднохромовых покрытий [2]. В соответствии с этим способом фазовые составляющие композиционного покрытия (хром и его сульфиды) наносят раздельно - хромируют, а затем сульфидируют, или сульфидируют, а затем хромируют. Такая технология приводит к тому, что структура слоистого композиционного покрытия не представляет собой однородной смеси фаз, является неуправляемой по количественному соотношению фазовых составляющи х, т.е. материал покрытия является анизотропным. Вследствие этого, в таком материале не реализуются все потенциальные возможности композиционных сульфиднохромовых покрытий по обеспечению комплекса необходимых свойств. В основу изобретения поставлена задача разработать новый способ получения композиционных сульфиднохромовых покрытий, в котором путем использования новых разновидностей исходного шихтового материала, а также изменения последовательности его нанесения обеспечивается повышение изотропности структур покрытия, обуславливающей высокие антифрикционные свойства и коррозионную стойкость. Для решения этой задачи предложен способ получения композиционных сульфиднохромовых покрытий, включающий нанесение хрома и его сульфидов, но в отличии от известных способов оба компонента наносят совместно газотермическим, электро-искровым или ионно-плазменным напылением из предварительно приготовленных дисперсных смесей хром-сульфиды хрома в порошковом или в частном случае спеченном состоянии, при этом для получения порошковой смеси синтезируют сульфиды хрома, спек размалывают в порошок, а затем смешивают с порошком хрома при содержании хрома в смеси 1,0-50 мас.%, а для получения спеченной смеси, полученную порошковую смесь дополнительно прессуют и спекают в защитной газовой среде при температуре 1150-1200°С в течение 1,0-1,5 часов в инертной атмосфере. Предлагаемый способ получения композиционных сульфиднохромовых покрытий дает возможность получить изотропную гетерогенную стр уктур у, представляющую из себя однородную смесь сульфидов хрома и включений самого хрома, что обеспечивает при нагружении трением низкий коэффициент трения и малый износ. Именно возможность управления структурой покрытия обеспечивает сочетание свойств составляющих фаз: высокая износостойкость, присущая хромовой фазе, и хорошие смазывающие свойства, присущие его сульфидам, что приводит к существенному повышению антифрикционных характеристик в целом. При этом, такое композиционное изотропное покрытие обладает высокой коррозионной стойкостью в жидких и газовых агрессивных средах за счет статистически равномерного распределения фазовых составляющих и их высокой индивидуальной коррозионной стойкости. Примеры осуществления способа. Пример 1. Порошки серы и хрома, взятые в стехи-ометрическом соотношении на сульфид тре хвалентного хрома Сr2S3 (52 мас.% хрома и 48 мас.% серы) смешивали в баночном смесителе, загружали в контейнер, помещали в нагретую печь, проводили термообработку при температуре 350-420°С в течение 8 часов, затем при 880-920°С в течение 4-х часов в условия х герметизации реакционного объема с Помощью затвора из окиси бора. Полученный спек охлаждали до комнатной температуры, измельчали в вибромельнице в течение 6 часов, просеивали через сито 50 мкм. Для получения сульфиднохромовых смесей в порошковом состоянии к полученному порошку сульфидов хрома добавлялся порошок металлического хрома в расчетном количестве и смешивался в баночном смесителе 3 часа. Так, для получения сульфиднох-ромовой смеси с содержанием 1,0 мас.% хрома к 2 кг порошка сульфидов хрома добавляли 20 г порошка хрома и проводили смешивание в баночном смесителе в течение 3 часов. Для получения изотропных композиционных сульфиднохромовых покрытий из порошкового состояния приготовленные сульфиднохромовые смеси напыляли аргоно-водородной плазмой в камере 15В Б установки УПУ-Зд. Пористость полученных плазменных покрытий составила 10-15%. Испытания образцов на износостойкость с заявляемыми покрытия и покрытиями, полученными способомпрототипом, проводили на лабораторной установке МТ-22 Μ по схеме ролик-штифт со смазкой маслом И-20 при нагрузке 50 кг/см 2 и скорости скольжения 2 м/сек в течение 6 часов в соответствии с ГОСТ 26614-85. Контролем служила нормализованная сталь 45. Данные испытания занесены в таблицу № 1. Как показывали испытания, предлагаемый способ получения изотропных композиционных сульфиднохромовых покрытий из порошкового состояния обеспечивает повышение износостойкости самого покрытия, в сравнении с покрытиями полученными по способам прототипов, в 100-110 раз, а контртела в 7-26 раз. При этом, следует подчеркнуть, что темп износа покрытий, полученных по способам прототипов, настолько велик, что полный износ покрытия толщиной 50 мкм происходил за 1,5-2 часа, после чего наступало резкое возрастание силы трения и испытание приходилось прекращать. Пример 2. Для получения композиционных изотропных сульфиднохромовых покрытий, полученных 413 дисперсных смесей хрома и сульфидов хрома в спеченном состоянии, приготовленные, как описано выше, смеси прессовали при давлении 4 т/см в виде дисков размером Æ110 χ h 10 мм. Прессовки пористостью 10% помещали в лодочку из нержавеющей стали и засыпали прокаленным глиноземом. Лодочку помещали в нагретую до 1150-1200°С печь, продуваемую очищенным и осушенным до точки росы -50°С аргоном, выдерживая при этой температуре в течение 1-1,5 часов. Полученные спеченные диски из сульфиднохромовых композиций использовали в качестве мишеней для ионно-плазменного нанесения покрытий на образцы. Распыление мишеней осуществляли на вакуумной лабораторной установке УВ-70, оснащенной магнетрон-ным распылительным устройством МАГ-5. Пористость полученных покрытий на образцах не превышала 1-3%, а толщина покрытия - 50 мкм. Испытания на износостойкость образцов с заявляемыми покрытиями проводили по режимам описанным выше. Испытания на стойкость к локальной и общей коррозии проводились в водном растворе 5% NaCI + 0,5% СН3СООН, насыщенном сероводородом при парциальном давлении 1,5 МЛа при общем давлении метана 5,0 МПа. Этот раствор является Имитирующим рабочие среды сероводородсодержащих месторождений природного газа. Температура среды 80°С. Основной коррозионной характеристикой образцов из нормализованной стали 45 с исследуемыми покрытиями служила средняя скорость коррозии, определяемая гравиметрически с использованием аналитических весов ВЛР-200 после выдержки образцов в указанной коррозионной среде в течение пяти суток (120 часов). Результаты испытаний образцов на износостойкость и коррозионную стойкость с заявляемыми ионноплазменными покрытиями и покрытиями, полученными по способам прототипов, представлены в таблице № 2. Понижение температуры спекания хром-сульфидных смесей ниже 1150°С и времени выдержки менее одного часа приводит к получению высокой пористости (выше ΙΟΙ 5%) мишеней, которая не обеспечивает необходимой технологической пластичности и мишени при механической обработке или монтаже на магнетронной установке хрупко разрушаются. Дальнейшее повышение температуры спекания выше 1200°С и времени выдержки более 1,5 часов также приводит к недопустимому повышению пористости (выше 15%), по-видимому, за счет частичной диссоциации сульфидов хрома. Как свидетельствуют данные таблицы 2 предлагаемый способ получения композиционных изотропных сульфиднохромовых покрытий обеспечивает повышение износостойкости, в сравнении с покрытиями полученными по способам прототипов, собственно покрытия более чем в 100 раз, а контртела более чем в 730 раз. При этом, ионно-плазменное нанесение композиционных изотропных сульфиднохромовых покрытий дает возможность получать высокую плотность покрытия (пористость менее 3%). Исследование коррозионной стойкости предлагаемых покрытий показало, что их стойкость в серусодержащих средах превосходит стойкость покрытий, полученных по способам прототипов в 4-6 раз.