Способ получения карбидных покрытий

i п 790842

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сосетских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.04.79 (21) 2746024/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.81. Бюллетень М 48

Дата опубликования описания 30.12.81 (51) М. Кл.

С 23 С 11!00

Государственный комитет (53) УДК 621.785.5 (088.8) ло делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

В. М. Криворучко и Ю. И. Поляков (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДНЫХ ПОКРЫТИЙ .: -з 1уд м:. мй » з ., »"" ;

Изобретение относится к области получения покрытий из карбидов металлов и их сплавов, преимущественно на твердых сплавах типа ВК, ТК, ТТК и др., путем термического разложения галогеноидов ту- 5 гоплавких металлов при низких давлениях и может быть использовано для увеличения стойкости режущего инструмента, деталей волочильного, штампового и прессового оборудования. )О

Известен способ получения карбидных покрытий на твердых сплавах термическим разложением газовой смеси, включающей углеродсодержащий газ и водород, в котором газовая смесь составляется так, что 1 количество углерода в ней в виде углеводородов существенно ниже содержания, необходимого для образования покрытия (1).

Карбидные покрытия, полученные по этому способу, имеют высокие механические свойства и достаточно хорошее сцепление с подложкой, что позволяет использовать их для защиты режущего инструмента.

Недостатком этого способа является использование пожаровзрывоопасных газов (водород, углеводород), дороговизна (необходим водород и углеводород) и сложность технологии (необходимо производить очистку водорода и углеводорода от влаги, зО кислорода и прочих примесей, регулировать подачу этих реагентов в реакционное пространство).

Известен способ получения карбидных покрытий путем нагрева в атмосфере галогенидов наносимого металла (2).

Однако применение данного способа для пслучения диффузионных карбидных покрытий на твердых сплавах неэффективно, так как получение покрытий указанным способом приводит к возникновению дефицита углерода в материале подложки, следствием чего является ухудшение свойств комплекса основа — покрытие.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости изделий.

Для достижения поставленной цели предлагается способ получения карбидных покрытий, преимущественно на твердых сплавах, включающий нагрев и выдержку в среде галогенов и (или) галогенидов наносимого металла, в котором в процессе нагревания производят дополнительную выдержку при 500 — 950 С и давлении 10 — —: —:10 — мм рт. ст.

В результате проведения дополнительной выдержки происходит обогащение поверхностного слоя углеродом путем избирательного травления поверхности в парах

Qf галогснои и галогенидов тугоплавкнх металлов.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что скорость травления углерода при вышеуказанных параметрах процесса незначительна в сравнении со скоростью удаления прочих, главным ооразом металлических компонентов в виде летучих галогенидов. В результате травления, как правило, на поверхности образуется рыхлый графитоподобный слой, обычно темносерого или черного цвета. По данным рентгеноструктурного анализа, основным его компонентом является углерод. В случае травления иодом и (или) иодидами в слое могут присутствовать также карбиды н металлы, слабо взаимодействующие с указанными реагентами (вольфрам, молибден и их карбиды). Толщина слоя зависит оттемпературы, давления, состава смеси галогенов и (или) галогенидов, состава сплава подложки, степени ее пористости и времени травления.

При температурах ниже 500 С травление неэффективно вследствие малой скорости химического взаимодействия; при температуре выше 950 С становится заметной скорость обратного процесса — термического разложения образующихся в ходе травления галогенидов, в результате чего суммарный процесс также неэффективен. Придавлениях больше 10 — " мм рт. ст. скорость процесса становится практически неприемлемой, вследствие низких концентраций травителя. Давления выше значения 10 — мм рт. ст. нецелесообразны с точки зрения термодинамики пиролиза летучих галогенидов.

Способ был реализован в лабораторной вакуумной установке, откачиваемой форвакуумным и паромасляным диффузионным насосами до остаточного давления Р=

=10 — —:10 — "" мм рт. ст. В вакуумной камере установки размещали трубчатую печь с объектами покрытия. Исходные реагенты подавали из контейнера с затвором, прогреваемого ДО температуры (T»Q»T), СОРДИненного с камерой прогреваемым паропроводом, из которого пары галогенидов подавали в реакционное пространство печи через отверстие на ее боковой поверхности.

Непрореагировавшие исходные вещества и продукты реакции откачивали через торцовые отверстия трубчатой печи и конденсировали на ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Объектами покрытия являлись твердосплавные неперетачиваемые режущие пластинки, изготовленные из сплавов

ВК-8, ВК-6, Т15К6, Т5К10, ТТ10К8Б и др. различных форморазмеров. В качестве исходных реагентов использовали пентахлорид ниобия (NbCls), тетраиодид титана (TiI4), тетрахлорид циркония (ZrC14), пентахлорид тантала (ТаС1;), дииодид ванадия (VI ) и др.

Пример 1. Получение покрытий NbC.

Зо

4

Режущие пластины помсщалн в печь, ваку умировали установку <о получения в камере остато нного давления P=10 — —:

—:10 — 4 мм рт. ст., нагревали контейнер с

NbCl до T»»»,— — 110 —: 130 Ñ, нагревали печь с объектами покрытия до 600 —:700 С, затем открывали затвор контейнера с

NbClq, откуда пары NbC1„— но паропроводу поступали в реакционное пространство печи. В указанном режиме выдерживали образцы в течение 2 ч, после чего повышали температуру печи до 1000 —:1100 С (при неизменных прочих параметрах) и производили осаждение NbC в течение не более 1,5 ч. Затем прекращали подачу

NbClz (путем закрывания затвора контейнера), охлаждали печь вместе с покрытыми изделиями и извлекали их. В результате изделия были покрыты ровным, плотным, прочно сцепленным с основой слоем Nbc (по данным рентгеноструктурного анализа), серебристого цвета, толщиной до

30 мкм (измеренной на металлографических шлифах) .

Пример 2. Получение покрытий TiC.

Режущие пластины помещали в печь, вакуумировали установку до получения в камере Р=10 — 4 — 10 — мм рт. ст., нагревали контейнер с кристаллическим иодом до

40 — 50 С, нагревали печь с исходными образцами до 550 †6 С, затем нагревали сопловое устройство с размещенной внутри стружкой титана до 400 — 500 С. Открывали затвор контейнера с иодом. При этом иод, взаимодействуя с титановой стружкой, образовывал иодиды титана различной валентности. Полученную таким образом смесь иода и иодидов титана направляли к объектам избирательного травления, проводили травление в течение 50 мин, после чего повышали температуру покрываемых изделий до 1050 †: 1150 С и проводили осаждение карбида титана в течение

1 ч. Полученные таким путем покрытия толщиной 8 мкм имели хорошую адгезию и повышали стойкость режущих пластин.

Пример З..Получение покрытий TiC+

+VC.

Режущие пластины из сплава Т15К6 подвергали травлению иодом в смеси с иодидами и ванадия в предложенном устрой. стве по методике, указанной в п. 2 (стружку титана, смешанную со стружкой ванадия в весовом отношении 1: 5, поддерживали при более высокой температуре 800 —; —:900 С вследствие низкой летучести диодида ванадия) . Осадки толщиной 5—

20 мкм, как и в предыдущих примерах, были равномерными, беспористыми, прочно сцепленными с основой и представляли собой сплав карбидов титана и ванадия переменного состава (до 80 вес. О, карбида ванадия).

С помощью приемов, аналогичных описанным в вышеприведенных примерах, на790842

Формула изобретения

Составитель P. Клыкова

Техред 3. Тараненко

Корректоры: Е. Осипова и 3. Тарасова

Редактор Л. Утехина

Заказ 2348/20 Изд. М 652 Тираж 1090 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

5 носили покрытия ZrC, ТаС и др. на твердосплавные подложки.

Проведенные испытания показали повышение эксплуатационной стойкости изделий из твердых сплавов после обработки по предложенному способу в 1,5 — 2 раза.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет наносить покрытия на основе карбидов, главным образом тугоплавких металлов и их сплавов, на твердосплавные 10 изделия без использования водорода и углеводородов, что существенно упрощает технологическое оборудование и процесс нанесения покрытий, а также позволяет исключить применение пожаро-взрывоопас- 15 ных компонентов используемых газовых смесей.

При этом возможное ухудшение свойств композиции основа — покрытие, возникающее вследствие дефицита углерода, предотвращается обогащением поверхности деталей углеродом путем избирательного травления в парах галогенов и (или) галогенидов, в процессе которого с поверхности изделий удаляются преимущественно металлические компоненты твердого сплава, составляющего основу.

Способ получения карбидных покрытий преимущественно на твердых сплавах, включающий нагрев и выдержку в среде галогенов и (илп) галогенидов наносимого металла, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости изделий, в процессе нагрева производят дополнительную выдержку прп темпе. ратуре 500 — 950 С и давлении 10 — —:10 — мм рт. ст.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2032750, С 23 С

11(00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 184093, кл. С 23С 11!00, 1964 (прототип).