Комбінований спосіб нанесення дифузійних покриттів

Спосіб нанесення дифузійних покриттів на основі перехідних металів, вуглецю і азоту та кис 3 тю, та утворення зміцненої зони достатньої глибини під покриттям. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому способі нанесення покриттів на основі перехідних металів вуглецю і азоту та кисню, який включає завантаження виробів в герметичну реакційну камеру з насичуючою сумішшю, 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, введення азот до тиску 1 атм. за (0,3-0,5) години до закінчення та охолоджують, додатково перед завантаженням зразків в реакційну камеру проводять магнітно-абразивну обробку (МАО) за режимом: швидкість обробки (2-3) м/с; магнітна індукція 0,32 Тл; час обробки (120-240) с; порошок Полімам-Т фракції 300/200. Обробка абразивним порошком у магнітному полі включає в себе одночасну дію двох позитивних факторів, які забезпечують процес зміцнення поверхневого шару: - перемагнічування деталей, яке виникає за рахунок обертання деталей у постійному магнітному полі, - пластичне деформування поверхневого шару, яке виникає під час контактування частинок магнітно-абразивного порошку з поверхнею деталі, що обробляється. Перший фактор позитивно впливає за рахунок магнітно-стрікційних ефектів, які виникають під час перемагнічування і призводять до подрібнення структури (карбідів) і формування напруженого стану в матеріалі. Другий фактор позитивно впливає за рахунок формування в поверхневому шарі залишкових стискаючих напружень на глибині до 10 мкм величиною 600-900 МПа. Активація поверхні МАО була досягнута за рахунок отримання в поверхневих шарах високої щільності дефектів кристалічної ґратки в процесі обробки абразивним порошком у магнітному полі, що призвело до прискорення дифузійних процесів під час нанесення покриттів. Товщина отриманого покриття збільшується майже в два рази, за рахунок збільшення товщини внутрішнього шару ТіС, та утворюється досить широка область з мікротвердістю, що наближається до мікротвердості самого покриття, і плавно перехідної до значень основи. За умовами титаноазотування, саме ТіС формується першим, використовуючи всі переваги, що 43732 4 створилися на попередньо активованій, внаслідок магнітно-абразивної обробки, поверхні. Фаза TiN формується на кінцевому етапі титаноазотування, коли шар ТіС вже майже сформований, а наслідків попередньої активації поверхні не відчувається. Спосіб здійснюють наступним чином: перед початком процесу дифузійного насичення проводиться магнітно-абразивна обробка, за режимом: швидкість обробки (2-3) м/с; магнітна індукція 0,32 Тл; час обробки (120-240) с; порошок Полімам-Т фракції 300/200. Після магнітно-абразивної обробки вироби та насичуючу суміш, яка складається з (125-135) г/м2 Ті та карбюризатора у співвідношенні на 8 частин Ті 1 частина карбюризатора, в герметичній реакційній камері. Камеру з вмістом вакуумують до тиску 10-1 мм.рт.ст., нагрівають до температур насичення, ще раз вакуумують до тису 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. За (0,30,5) години до закінчення вводять азот до тиску 1 атм., (0,5-0,6) л/м2. Після закінчення процесу нанесення покриттів виріб разом з камерою охолоджують до кімнатної температури. Приклад 1. Вироби з твердого сплаву Т15К6 піддавали попередній магнітно-абразивній обробці за режимом: швидкість обробки 2 м/с; магнітна індукція 0,32 Тл; час обробки 120 с; порошок Полімам-Т фракції 300/200. Потім ці вироби, 16 г/м карбюризатора та 128 г/м титану розміщують в реакційну камеру. Камеру герметизують, нагрівають до температури 1050°С, вакуумують до тиску 10-1 мм.рт.ст., відключають насос, вводять чотирихлористий вуглець із розрахунку 5 мл на 1 м2, та здійснюють витримку протягом 1 години. Через 0,7 години вводять азот з розрахунку 0,55 л/м2. Продовжують витримку ще 0,3 години. Після закінчення процесу насичення вироби охолоджують разом з камерою до кімнатної температури. В результаті на поверхні виробів виготовлених з твердого сплаву Т15К6 з'являється покриття, яке складається з внутрішнього шару карбіду титану товщиною 6 мкм, а мікротвердість 37,0 ГПа та зовнішнього шару Ti(N,C) товщиною 2,5 мкм з мікротвердістю 25,0 ГПа. Приклади досліджень запропонованого способу представлені в таблиці, при цьому приклад 1 відноситься до прототипу. 5 43732 6 Таблиця № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Швидкість Товщина Час магнімагнітно- шару, мкм тноРежим обробки абразивної абразивної обробки, ТіС TiN обробки,с м/с титаноазотування 3,5 2,5 MAO90 2 5 2,5 титаноазотування МАО120 2 6,5 2,5 титаноазотування МАО200 2 6,5 2,5 титаноазотування МАО240 2 6 2,5 титаноазотування МАО300 2 6 2,5 титаноазотування МАО120 3 6 2,5 титаноазотування МАО120 1,5 6 2,5 титаноазотування МАО120 3,5 титаноазотування Оптимальні характеристики були отриманні про швидкості обробки 2 м/с і тривалості 120 секунд. Змінення або збільшення цих параметрів призводить до зменшення товщини та мікротвердості отриманого покриття і швидкому виходу з ладу обладнання. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Мікротвердість, Товщина ГПа зміцненої Мікротвердість зони під зміцненої зони, Гпа покриттям, ТіС TiN мкм зо 24,5 10 15 36 25 10 15 37,5 26 100 33 37,5 26 120 33 37,5 26 120 33 37,5 26 140 28 37,5 26 120 32 36 26 90 29 35,5 26 155 25 Запропонований спосіб комбінованого нанесення покриттів на основі титану, вуглецю та азоту не складний з технологічної точки зору, вибухобезпечний, не вимагає багатовартового обладнання та висококваліфікованого обслуговуючого персоналу. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601