Спосіб отримання твердого покриття на поверхні металевого виробу

Реферат: Спосіб отримання твердого покриття на поверхні металевого виробу включає попередню підготовку поверхні виробу, яку здійснюють шляхом інтенсивної пластичної деформації, і подальше нанесення покриття, яке наносять після формування зміцненого нанокристалічного стану поверхні виробу. UA 75866 U (12) UA 75866 U UA 75866 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології нанесення твердих захисних покриттів на метали для надання високих зносостійких, корозійностійких, декоративних властивостей, і може знайти застосування в машино- та приладобудуванні, а також при виготовленні металевих імплантатів та протезів в ортопедичній стоматології та хірургії. Надзвичайно актуальним є створення міцних покриттів на поверхні легких сплавів (наприклад, алюмінієвих і титанових), які використовуються для виготовлення деталей в авіакосмічній техніці. Найбільш функціонально спроможні тверді покриття на основі оксидів, нітридів, карбідів і модифікацій вуглецю (алмазоподібні) наносяться на металеві підкладки за допомогою іонноплазмових методів. З метою посилення адгезійного зв'язку між покриттям і підкладкою проводиться попередня обробка поверхні підкладки. Відомі способи підготовки поверхні металів перед нанесенням твердих покриттів, засновані на розпиленні поверхні підкладки іонами аргону з енергією до 1000 еВ: US 4526673, 1985; US 5455081, 1995; US 5518780, 1996; US 7943527, 2011; US 8110503, 2012. Відомі способи підготовки поверхні металів перед нанесенням твердих покриттів, засновані на підігріві підкладки до високих температур: US 3964937, 1976 (нагрів підкладки до 9001200 °C); US 5346729, 1994 (нагрівання підкладки до 750-950 °C); US 5447804, 1995 (нагрівання підкладки до 600 °C); US 5487922, 1996 (нагрівання підкладки до 400 °C); US 6495002, 2002 (нагрівання підкладки до 150-600 °C); US 0176755, 2002 (нагрівання підкладки до 700-900 °C); US 7264883, 2008 (нагрівання підкладки до 550 °C); US 8080324, 2011 (нагрівання підкладки до 400 °C). Відомий також спосіб отримання дисперсно-зміцненого наночастинками покриття, який включає первинну електроіскрову обробку поверхні металевої підкладки композиційним електродом та вторинну електроіскрову обробку поверхні, що створилася, електродом із вуглецевовмисного матеріалу (див. патент Російської Федерації RU 2367724, МПК С23С 28/00, 2009). Недоліком зазначених способів є те, що отримані тверді покриття, які нанесені на м'які металеві підкладки, продавлюються і розтріскуються при локальних екстремальних навантаженнях, що істотно скорочує термін експлуатації виробів з такими покриттями. Крім того, при нагріванні підкладок часто відбуваються незворотні зміни фізичних і механічних властивостей об'єму металу внаслідок структурно-фазових перетворень. Найбільш близьким до корисної моделі є спосіб отримання твердого покриття на поверхні металевого виробу, який включає попередню підготовку поверхні виробу шляхом розпилювання -3 поверхні у вакуумі 5·10 Па іонами аргону з енергією 1000-2000 еВ протягом 3-15 хв. і подальше нанесення покриття методом вакуумно-дугового розряду при температурі підкладки не вище 100 °C (див., наприклад, авт. св. СРСР 1626723, С23С 14/00, 1989). Такий низькотемпературний процес дозволяє створювати міцні покриття на поверхні м'яких легкоплавких металів та сплавів, наприклад, на основі алюмінію і магнію, хімічними або фізичними методами осадження. Недоліками даного способу є те, що отримані тверді покриття, які нанесені на м'які металеві підкладки, продавлюються і розтріскуються при локальних екстремальних навантаженнях, що істотно скорочує термін експлуатації виробів з такими покриттями. Крім того, при нагріванні підкладок часто відбуваються незворотні зміни фізичних і механічних властивостей об'єму металу внаслідок структурно-фазових перетворень. В основу корисної моделі поставлена задача зміцнення захисного покриття на поверхні металевих виробів, зокрема, виготовлених з м'яких металів або сплавів, при збереженні фізичних і механічних властивостей об'єму металу, шляхом проведення попередньої інтенсивної пластичної деформації поверхні виробу до зміцнення нанокристалічного стану поверхні, на яку потім наносять покриття. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання твердого покриття на поверхні металевого виробу, що включає попередню підготовку поверхні виробу і подальше нанесення покриття, згідно з корисною моделлю, попередню підготовку поверхні виробу здійснюють шляхом інтенсивної пластичної деформації, а після формування зміцненого нанокристалічного стану поверхні виробу на неї наносять покриття. Інтенсивну пластичну деформацію поверхні виробу здійснюють, наприклад, методом ультразвукової ударної обробки. Нанесення покриття здійснюють, наприклад, методом вакуумного катодно-дугового осадження. Попереднє зміцнення поверхні металевого виробу за допомогою інтенсивної пластичної деформації забезпечує отримання наноструктурного стану в поверхневих шарах металевого виробу і не змінює його внутрішньої (об'ємної) структури і механічних властивостей. Попереднє 1 UA 75866 U 5 10 15 20 25 30 35 40 зміцнення поверхні виробу перед нанесенням покриття виключає можливість продавлювання і розтріскування твердого покриття, нанесеного на поверхню виробу з більш м'якого матеріалу. Кращим технологічним варіантом пропонованого способу є наноструктурування поверхні виробів, наприклад, шляхом інтенсивної ультразвукової ударної обробки, з подальшим створенням дуже твердих зносостійких та захисних покриттів на цих виробах, наприклад, методом вакуумного катодно-дугового осадження. За допомогою даної технології може бути синтезовано широкий спектр надтвердих і нанокомпозитних покриттів, включаючи нітриди, оксиди, карбіди металів, а також алмазоподібні з'єднання. Сформоване покриття дозволить підвищити довговічність робочих деталей і вузлів і, таким чином, збільшити термін служби обладнання, машин, приладів та інших технічних і медичних пристроїв. Приклад. Об'єкт обробки - алюмінієвий сплав промислового виробництва Д16 у стані поставки. Хімічний склад (ваг. %): Аl-93,6 %, Сu-3,97 %, Mg-1,43 %, Mn-0,625 %. Зразки циліндричної форми, висотою 10 мм і діаметром 10 мм. Полірована поверхня цих зразків піддавалася ультразвуковій ударній обробці на приладі, який складається з ультразвукового генератора частотою 21 кГц і потужністю 0,6 кВт, вібратора зі ступінчастим концентратором, на якому за допомогою пружин розміщувалася ударна головка. Обробка проводилася ударною головкою з циліндричним бойком діаметром 5 мм та довжиною 18 мм (із загартованої сталі ШX15). Амплітуда коливань торця концентратора при обробці на повітрі складала 25 мкм. Тривалість обробки складала 180 с. Вимірювання мікротвердості проводилося на приладі ПМТ2 3 за методом Вікерса при навантаженні 20 г. Мікротвердість до обробки складала 139 кгс/мм , 2 після ультразвукової обробки вона підвищувалася до 309 кгс/мм . За даними просвічуючої електронної мікроскопії така обробка призводить до формування міцнішої нанокристалічної структури. Покриття з нітриду титану (TiN) було отримано з прямого плазмового потоку іонів титану за допомогою вакуумно-дугової установки "Булат". Струм вакуумної дуги на титановому катоді становив 95 А, тиск азоту в камері - 0,68 Па, відстань від випарника до підкладки - 300 мм. Температура підкладки не перевищувала 100 °C. Товщина отриманого золотистого кольору нітридного покриття за даними растрової електронної мікроскопії становила 5 мкм. Поверхнева 2 твердість його досягала 2750 кгс/мм . При вдавлюванні алмазної пірамідки на приладі ПМТ-3 при навантаженні в 200 г відбитки на поверхні покриття не мали тріщин, що свідчить про міцність та ненульову крихкість покриття, нанесеного на попередньо зміцнену поверхню сплаву Д16. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб отримання твердого покриття на поверхні металевого виробу, що включає попередню підготовку поверхні виробу і подальше нанесення покриття, який відрізняється тим, що попередню підготовку поверхні виробу здійснюють шляхом інтенсивної пластичної деформації, а покриття наносять після формування зміцненого нанокристалічного стану поверхні виробу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що інтенсивну пластичну деформацію поверхні виробу здійснюють методом ультразвукової ударної обробки. 3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що покриття наносять методом вакуумного катодно-дугового осадження. 45 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2