Спосіб нанесення дифузійних покриттів

Спосіб нанесення дифузійних покриттів на основі титану, що включає завантаження в герметичну реакційну камеру карбюризатора порошку титану, вакуумування до тиску 10-1 мм.рт.ст., нагрівання до температури насичення, подальше вакуумування до тиску 10-1 мм.рт.ст., введення чотирихлористого вуглецю, ізотермічне витримування при температурі насичення 9501100 С та подальше охолодження, який відрізняється тим, що по закінченні ізотермічного витримування додатково вводять кисень в кількості 0,1-0,15 л/м2. (19) (21) u200711859 (22) 26.10.2007 (24) 25.02.2008 (72) БОБІН АНДРІЙ БОРИСОВИЧ, UA, ХИЖНЯК ВІКТОР ГАВРИЛОВИЧ, UA, БОБІНА МАРИНА МИКОЛАЇВНА, UA, АРШУК МАРИНА ВІТАЛІЇВНА, UA, ЛОСКУТОВА ТЕТЯНА ВОЛОДИМИРІВНА, UA, СОЛОВАР ОЛЕКСІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, UA (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ", UA (56) 3 високою твердістю та достатньою пластичністю, за рахунок введення в склад насичуючої суміші кисню. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому способі нанесення дифузійних покриттів на основі титану, який включає завантаження в герметичну реакційну камеру карбюризатора та порошку титану, вакуумування до тиску 10-1 мм.рт.ст., нагрів до температури насичення, наступне вакуумування до тиску 10-1 мм.рт.ст., введення чотирихлористого вуглецю, ізотермічну витримку при температурі насичення 950-1100°С та подальшого охолодження, який відрізняється тим, що по закінченню процесу насичення додатково вводиться кисень в кількості 0,1-0,15 л/м2. За рахунок цього на поверхні оброблюваного виробу формується дифузійне покриття, яке складається з двох шарів: внутрішнього - на основі ТіС, та зовнішнього - ТіО3 та Со2ТіО4Ті(О,С), що призводить до підвищення пластичності та припрацьовуваності зовнішньої зони при збереженні її достатньої пластичності. Кисень - це одна з розповсюджених домішок фаз проникнення, яка сприяє утворенню зверхстехіометричних сполук, а також впливає на властивості фаз проникнення. До останнього часу атестація таких сполук за участю кисню неповна, що не дозволяє зробити висновок про природу цих явищ. Присутність кисню в карбідах неоднозначно впливає на їх твердість [9, 11]. По даним робіт [10, 11] присутність кисню підвищує твердість карбіду ТіС0,98 на 5 ГПА, a TiC0,80 - на 11 ГПа. В той же час твердість оксикарбіду титана Ті(С0,86О14)1,04 отриманого іонно-променевим методом складає 28,2 ГПа, яка на 10,8 ГПа менша за твердість карбіду ТіС0,85, отриманого за технологією хімічного осадження, [6]. Для правильної оцінки та порівняння наведених даних можна вважати, що твердість та інші характеристики оксикарбідів, оксикарбонітридів перехідних металів суттєво залежать від технології отримання. Доцільність утворення на поверхні інструментів оксидних сполук титана була показана в роботі [9]. При різанні на поверхні покриття ТіС утворюється тонкі шари ТіО та ТіО2, які мають захисні властивості та ізолюють інструмент від оброблюваного металу. Хорошому зчепленню оксидних плівок з інструментом сприяє утворення твердого розчину ТіС-ТіО, в якому кількість кисню до поверхні збільшується [9]. Таким чином, можна вважати, що можливості покриттів з карбіду та оксидів титану, зокрема багатошарових, не вичерпані. Слід зазначити практично повна відсутність науково-технічних публікацій по складу та властивостям оксикарбідних покриттів за участю титану на сталях і твердих сплавах. Спосіб здійснюють наступним чином: вироби та насичуючу суміш, яка складається з (125-135) г/м2 Ті та карбюризатора у співвідношенні на 8 частин Ті 1 частина карбюризатора, розміщують в герметичній реакційній камері. Камеру з вмістом вакуумують до тиску 10-1 мм.рт.ст., нагрівають до температур насичення, ще раз вакуумують до тису 30379 4 10-1 мм.рт.ст., відключають насос, вводять чотирихлористий вуглець із розрахунку (4-5) мл/м2 робочої поверхні та здійснюють витримку на протязі 1-4 годин. По закінченні ізотермічної витримки вводять кисень в кількості 0,1-0,15 л/м2. Виріб разом з камерою охолоджують до кімнатної температури в реакційному середовищі, що містить кисень. Приклад 1. Вироби з твердих сплавів ВК8 та Т15К6, 16 г/м2 карбюризатора та 128 г/м2 титану розміщують в реакційну камеру. Камеру герметизують, нагрівають до температури 1050°С, вакумують до тиску 10-1 мм.рт.ст., відключають насос, вводять чотирихлористий вуглець із розрахунку 5 мл на 1 м2, та здійснюють витримку на протязі 1 години. Після закінчення ізотермічної витримки вводять кисень з розрахунку 0,1-0,15 л/м2. Вироби охолоджують разом з камерою до кімнатної температури реакційному середовищі, що містить кисень. В результаті на поверхні виробіввиготовлених з ВК8 з'являється покриття, яке складається з внутрішнього шару карбіду титану товщиною 4,5 мкм, з мікротвердістю 31,0 ГПа та зовнішнього шару, що складається з оксиду титану ТіО3 та комплексного оксиду Со2ТіО4 товщиною 2,0 мкм з мікротвердістю 28,0 ГПа, а на Т15К6 - товщина шару карбіду ТіС складає 4,0 мкм, а мікротвердість 31,5 ГПа, а шару оксидів - 2,0 мкм та 28,0 ГПа відповідно. Приклади досліджень запропонованого способу представлені в таблиці 1, при цьому приклади 1-2 відноситься до прототипу. Проведені випробування показали підвищення стійкості багатогранних непереточуваних твердосплавних пластин зі сплаву ВК8 та Т15К6 при точенні в 1,9-3,5 разів в порівнянні з вихідними та в 1,1-1,5 разів в порівнянні з такими ж пластинами з покриттями на основі тільки карбіду ТіС (табл. 2) Запропонований спосіб нанесення покриттів на основі титану, вуглецю та кисню не складний з технологічної точки зору, вибухобезпечний, не вимагає дорогого обладнання та висококваліфікованого обслуговуючого персоналу. № 1 2 3 4 Температура процесу = 1050°С, час витр Вміст Склад насичуючої Ф Матеріал, який насичуючої с суміші насичується суміші 2 Порошок титана 128 г/м ВК8 Карбюризатор 16 г/м2 ССl4 5 мл/м Порошок титана 128 г/м2 Т15К6 Карбюризатор 16 г/м2 ССl4 5 мл/м Порошок титана 125 г/м2 Карбюризатор 15 г/м2 ВК8 ТіО3 CCl4 5 мл/м 2 Кисень 0,1 л/м Порошок титана 125 г/м2 ВК8 5 5 6 Карбюризатор ССl4 Кисень Порошок титана Карбюризатор ССl4 Кисень Порошок титана Карбюризатор ССl4 Кисень 30379 15 г/м2 5 мл/м2 0,15 л/м2 125 г/м2 15 г/м2 5 мл/м 0,1 л/м2 130 г/м2 16г/м2 5 мл/м2 0,15л/м2 6 ТіО3 Сo2ТiO4 4,0 31,5 ТіО3 Сo2ТiO4 2,5 28,0 ТіС Т15К6 28,0 ТіС Т15К6 2,5 4,0 31,5 ТіО3 Сo2ТiO4 2,5 28,0 Таблиця 2. Порівняльні випробування інструменту з отриманими покриттями Режим різання Матеріал, що оброблюється Твердий сплав Швидкість м/с Подача, мм/об Глибина, мм Тип покриття Коефіці єнт підвище ння стійкості ТіС ТіС, Ті3О ТіС ТіС, Ті3О ТіС ТіС, Ті3О 1,2 1,9 8,5 8,7 3.0 3,5 Точення Сталь 20 Т15К6 3,0 0,036 1,0 Сталь У8А ВК8 1,73 0,434 1,5 Сталь 40Х Т15К6 1,58 0,75 1,5 Фрезерування Чавун С412-28 (по корці) ВК8 4,167 0,12 6,0 ТіС ТіС, Ті3О 1,5 3,3