Устройство для нанесения износостойких покрытий на металлические изделия

Полезная модель используется при нанесении износостойких покрытий, например, карбидохромовых, на стальных изделиях, деталях машин и инструментах, работающих в условиях трения, с целью повышения их износостойкости и может быть применена в машиностроении. Указанный технический результат достигается тем устройство для нанесения износостойких покрытий на металлические изделия, состоящее из реакционной камеры, предназначенной для закрепления в ней на диэлектрических опорах обрабатываемого металлического изделия, и выполненной из диэлектрического материала, индуктора, генератора тока высоких частот, снабжено системой подачи жидкого металлоорганического соединения и инертного газа, включающей емкость с жидким металлоорганическим соединением, баллон с инертным газом, вентили, трубопроводы, диэлектрические распылители, и снабжено вакуумной системой, состоящей из азотной ловушки и вакуумного насоса. 1 з.п.ф., 1 илл.

Полезная модель используется при нанесении износостойких покрытий, например, карбидохромовых, на стальных изделиях, деталях машин и инструментах, работающих в условиях 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 хромосодержащего металлоорганического соединения "Бархос" в потоке инертного газа. (Патент РФ 2249633, кл. С23С 16/18, 2003).

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 нанесения покрытий на металлические изделия с применением жидкого металлоорганического соединения (МОС). В этом способе изделие помещают в реакционную камеру, заполненную принудительно перемешиваемым жидким хромосодержащим МОС, нагревают поверхность изделия токами высокой частоты до температуры образования пара МОС и его распада с образованием покрытия на поверхности изделия.

Недостатком известного способа является то, в процессе нанесения покрытия при перемешивании МОС в реакторе происходит неконтролируемое изменение его состава, что приводит к ухудшению износостойких свойств получаемых покрытий (Патент РФ N 2095463, кл. С23С 10/18, 10/26, 1997).

Полезная модель направлена на повышение качества получаемого покрытия на стальных изделиях, и как следствие, повышение их износостойкости.

Указанный технический результат достигается тем устройство для нанесения износостойких покрытий на металлические изделия, состоящее из реакционной камеры, предназначенной для закрепления в ней на диэлектрических опорах обрабатываемого металлического изделия, и выполненной из диэлектрического материала, индуктора, генератора тока высоких частот (ТВЧ), снабжено системой подачи жидкого металлоорганического соединения и инертного газа, включающей емкость с жидким металлоорганическим соединением, баллон с инертным газом, вентили, трубопроводы, диэлектрические распылители и снабжено вакуумной системой, состоящей из фильтра-ловушки и вакуумного насоса.

На чертеже изображена схема устройства для нанесения износостойких покрытий на металлические изделия. Устройство состоит из диэлектрической реакционной камеры 1, для закрепления в ней на диэлектрических опорах 2 обрабатываемого металлического изделия 3, индуктора 4, генератора 5 ТВЧ, системы подачи МОС и инертного газа, включающей емкость 6 с жидким МОС, баллон 7 с инертным газом, вентили 8, трубопроводы 9, диэлектрические распылители 10, и вакуумной системы, состоящей из азотной ловушки 11 и вакуумного насоса 12.

Устройство работает следующим образом.

Заполняют емкость 6 жидким МОС, например, одним из бис-ареновых соединений хрома. Обрабатываемое металлическое изделие 3 закрепляют на опорах 2 в реакционной камере 1, которая находится внутри обмоток индуктора 4, и включают генератор 5 ТВЧ. Интенсивное электромагнитное излучение в обмотках индуктора наводит в металлическом изделии вихревые токи. Вихревые токи, возбужденные в приповерхностном слое металлического изделия, нагревают его, причем максимальная температура имеет место на поверхности изделия. Нагрев поверхности изделия осуществляют до температуры, лежащей внутри диапазона температур парообразования и распада бис-ареновых соединений хрома, т.е. от 400°С до 550°С. Включают вакуумный насос 12. Открывают вентили 8 и подают по трубопроводам 9 инертный газ-носитель из баллона 7 и жидкое МОС из емкости 6 в распылители 10, где происходит их смешивание. Применение нескольких распылителей, например, эжекторного типа, обеспечивает равномерное обтекание инертного газа-носителя с капельками распыленного МОС по поверхности обрабатываемого металлического изделия. Инертный газ и капельки распыленного МОС попадают на нагретую поверхность металлического изделия, где частично испаряются и распадаются с выделением на поверхности изделия чистого хрома, карбида хрома, углерода и карбидов некоторых примесей металлов, которые содержатся в исходном жидком МОС. В результате этого процесса на поверхности изделия образуется твердое износостойкое карбидохромовое покрытие. При этом размер капелек жидкости должен составлять от 5 до 30 микрон. При использовании газа-носителя в реакционной камере поддерживают пониженное давление, не превышающее 2×10⁴ Па. Точное значение рабочего давления определяют в процессе настройки технологического процесса из условия обеспечения высокой производительности и качества покрытия. При испарении капелек МОС на нагретой поверхности металлического изделия давление паров должно быть выше давления инертного газа-носителя, чтобы эти пары оттеснили газ-носитель от поверхности изделия. Вакуумный насос откачивает из реакционной камеры газ-носитель и остатки не прореагировавшего МОС. Азотная ловушка 11 обеспечивает конденсирование легких фракций продуктов разложения паров МОС в процессе нанесения покрытия, которые затем утилизируются.

Нагрев обрабатываемых металлических изделий при нанесении покрытий из жидких бис-ареновых соединений хрома можно осуществить, например, с помощью генератора для закалки токами высокой частоты ВЧИ-10/0.44 мощностью 10 кВт, позволяющего нагреть металлическое изделие, например, стальное до температуры поверхности около 580°С, что согласуется с требуемым температурным диапазоном 400-550°С для распада бис-ареновых соединений хрома. Меняя температуру поверхности изделия в пределах указанного диапазона температур распада бис-ареновых соединений хрома, регулируют концентрацию карбидов хрома в продуктах распада МОС и изменяют состав и структуру образовавшегося слоя, добиваясь наибольшей его износостойкости.

Полезная модель обеспечивает повышение качества получаемого покрытия на стальных изделиях, и как следствие, повышение их износостойкости, так как распылители обеспечивают равномерное обтекание капельками распыленного МОС обрабатываемого металлического изделия, а неиспользованные продукты распада откачиваются насосом, что обеспечивает постоянство состава МОС в процессе нанесения карбидохромовых покрытий.

1. Устройство для нанесения износостойких покрытий на металлические изделия, состоящее из диэлектрической реакционной камеры для закрепления в ней на диэлектрических опорах обрабатываемого металлического изделия, индуктора, генератора тока высоких частот, отличающееся тем, что оно снабжено системой подачи в реакционную камеру жидкого металлоорганического соединения и инертного газа, включающей емкость с жидким металлорганическим соединением (МОС), баллон с инертным газом, вентили, трубопроводы и диэлектрические распылители МОС.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено вакуумной системой, содержащей азотную ловушку и вакуумный насос.