Композиционное покрытие для защиты поверхности стальных изделий от износа

Полезная модель используется при нанесении покрытий на стальных изделиях, работающих в узлах трения, с целью повышения их износостойкости и может быть применена в машиностроении.

Полезная модель направлена на увеличение срока службы стальных изделий за счет повышения прочности сцепления износостойкого композиционного покрытия со стальной основой.

Указанный технический результат достигается формированием на поверхности стальных изделий промежуточного диффузионно-оксидного слоя, который образуется активацией поверхности стальных изделий и последующим вакуумным отжигом их в реакторе, и на который затем методом осаждения из газовой фазы хромсодержащего металлоорганического соединения наносится износостойкое пиролитическое карбидохромовое покрытие. 1 з.п.ф., 2 илл.

Полезная модель используется при нанесении износостойких покрытий на стальных изделиях, работающих в узлах трения, с целью повышения их износостойкости и может быть применена в машиностроении.

Известен способ получения карбидохромовых покрытий методом осаждения из газовой фазы, при котором стальную подложку размещают в реакторе, нагревают ее и испаритель до определенной температуры, а затем проводят осаждение покрытия разложением металлоорганического соединения "Бархос" в потоке инертного газа. (Патент РФ 2249633, кл. С23С 16/18, 2003 г.)

Недостатком известного способа является невысокая износостойкость получаемого покрытия, которая обусловлена его низкой адгезией, вследствие нестабильности температуры поверхности стальной подложки, охлаждаемой потоком инертного газа.

Наиболее близким техническим решением является способ получения хромкарбидных покрытий методом осаждения из газовой фазы, при котором перед вводом в реактор бис-ареновых хромсодержащих соединений нагретую до определенной температуры стальную подложку предварительно подвергают очистке в тлеющем разряде. Затем процесс осаждения осуществляют при периодическом создании на подложке тлеющего разряда с определенной продолжительностью разрядов и паузами между ними (А.С. 1767031, кл. С23С 16/18, 1990 г.).

Недостатком известного способа является то, что при создании с определенными паузами на поверхности стальной подложке тлеющего разряда, значение температуры поверхности носит «скачкообразный» характер, что приводит к снижению прочности сцепления покрытия с подложкой.

Задача полезной модели заключается в увеличении срока службы стальных изделий за счет повышения прочности сцепления износостойкого композиционного покрытия со стальной основой.

Задача решается тем, что композиционное покрытие для защиты поверхности стальных изделий от износа содержите полученное методом осаждения из газовой фазы износостойкое карбидохромовое покрытие, согласно заявляемой полезной модели, оно содержит промежуточный диффузионно-оксидный слой, сформированный на поверхности стальных изделий с последующим вакуумным отжигом его

Указанный технический результат - повышение прочности сцепления износостойкого композиционного покрытия со стальной основой достигается формированием на поверхности стальных изделий промежуточного диффузионно-оксидного слоя, который образуется активацией поверхности стальных изделий и последующим вакуумным отжигом их в реакторе, и на который затем методом осаждения из газовой фазы хромсодержащего металлоорганического соединения (МОС) наносится износостойкое пиролитическое карбидохромовое покрытие (ПКХП).

На фиг.1 приведена структура двухслойного композиционного покрытия, на фиг.2 приведена микроструктура шлифа образца из стали 40Х с двухслойным композиционным покрытием (при увеличении ×400), где 1 - стальная основа, 2 - промежуточный диффузионно-оксидный слой, 3 - пиролитическое карбидохромовое покрытие.

Сущность заявленной полезной модели поясняется следующим описанием. Диффузионно-оксидный слой формируется на поверхности стального изделия активаторами поверхностного слоя, в большинстве случаев ими выступают сильные минеральные кислоты или их смеси, и последующим отжигом с вакууммированием в реакторе стального изделия после активации (травления) поверхности. Продолжительностью отжига управляют толщиной оксидного слоя на поверхности стального изделия, как правило, время отжига находится в интервале от 1 до 12 часов после травления поверхности. На стадии вакуумного отжига диффузионно-оксидный слой формируется при плавном медленном разогреве стального изделия от +20 до +460°С при непрерывной откачке летучих соединений, преимущественно воды из гидрооксидов и летучих галогенидов металлов, входящих в состав травленого слоя. Затем на диффузионно-оксидный слой, сформированный на поверхности стального изделия, наносится методом осаждения из газовой фазы износостойкое пиролитическое карбидохромовое покрытие с использованием хромсодержащего МОС. В процессе термического разложения хромсодержащего МОС на поверхности стального изделия из оксида подложки, в частности, оксида железа, и металлического хрома, осаждающегося из паров хромсодержащего МОС, происходит формирование композитного соединения железа и оксида хрома, которое протекает по схеме: Fe_xO_y+CrFe+Сr₂О₃. Этот композитный слой обеспечивает прочное адгезионное сцепление покрытия с подложкой. Однако толстый слой (свыше 1 мкм) приводит к разрушению покрытия по этому слою. Оптимальное значение композитного слоя 0,3-1 мкм.

Пример осуществления технического решения. Предварительно обезжиренную синтетическим моющим средством и промытую проточной водой поверхность изделия, изготовленного из стали 40Х, подвергают воздействию активатора поверхностного слоя. Активатором поверхностного слоя является тройная смесь кислот: 10%-соляной кислоты, 10%-азотной кислотой и 5%-серной кислотой в соотношении 3:1:1. Температура активации - 35-45°С. Продолжительность активации 3-5 минут. После активации с поверхности стального изделия удалятся черный травильный шлам с помощью чистящего средства типа "Пемоксоль", и изделие промывается сначала в проточной, затем дистиллированной воде и сушится сжатым воздухом. Затем стальное изделие помещается в реактор установки ВРПО-14, где проводится его выдержка в вакууме 0,1-1,0 Па при температуре от +20 до +460°С. В процессе роста температуры в реакторе вакуум вначале падает при откачке летучих соединений, входящих в состав травленого слоя, а затем растет и стабилизируется.

После активации поверхности стального изделия начинают процесс нанесения износостойкого ПКХП методом осаждения из газовой фазы хромсодержащего металлоорганического соединения (МОС). В качестве расходного МОС применяют промышленную хромоорганическую жидкость (ХОЖ) «Бархос» (ТУ 6-01-1149-78). МОС дозирующим устройством подается в реактор, где с помощью испарителя переводится в парообразное состояние. Пары МОС, находящиеся вблизи нагретой поверхности стального изделия, поглощают тепло, излученное ею, разлагаются в газовой фазе и затем конденсируются на поверхности с образованием пленки.

Для достижения наилучшего качества ПКХП температуру поверхности стального изделия следует поддерживать в диапазоне 450-460°С, давление в реакторе 0,1-1,0 Па, температуру испарителя реактора 200-240°С. Оптимальная толщина получаемого ПКХП задается в каждом конкретном случае, исходя из назначения стального изделия, и определяется временем процесса и скоростью подачи МОС в реактор.

Исследования по определению прочности сцепления покрытия проводили методом нормального отрыва. Получили среднее значения адгезии покрытия с подложкой 370 МПа.

Высокая износостойкость получаемого ПКХП на поверхности стального изделия обуславливается его высокой микротвердостью, а промежуточный диффузионно-оксидный слой обеспечивает высокую адгезию ПКХП с основным материалом стальной детали.

Полученное по описанной технологии композиционное покрытие для защиты стали от износа позволяет увеличить срок службы стальных изделий за счет повышения прочности сцепления износостойкого композиционного покрытия со стальной основой.

1. Композиционное покрытие для защиты поверхности стальных изделий от износа, содержащее полученное методом осаждения из газовой фазы износостойкое карбидохромовое покрытие, отличающееся тем, что оно содержит промежуточный диффузионно-оксидный слой, сформированный на поверхности стальных изделий с последующим вакуумным отжигом его.

2. Композиционное покрытие по п.1, отличающееся тем, что толщина промежуточного диффузионно-оксидного слоя составляет 0,3-1 мкм.