close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12728

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.12.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12728
(13) C1
(19)
C 23C 4/00
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЛЕГИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ
НА ПОВЕРХНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ
(21) Номер заявки: a 20080457
(22) 2008.04.10
(43) 2008.10.30
(71) Заявитель: Белорусский государственный университет (BY)
(72) Авторы: Углов Владимир Васильевич; Черенда Николай Николаевич;
Стальмошенок Елена Константиновна; Асташинский Валентин Миронович; Подсобей Григорий Захарович (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский государственный университет (BY)
(56) УГЛОВ В.В. и др. Вакуумная техника
и технология. - 2006. - Т. 16. - № 2. C. 123-131.
BY 10204 С1, 2008.
BY 8332 С1, 2006.
BY 8478 С1, 2006.
RU 2228387 C2, 2004.
RU 1828142 C, 1995.
US 5750205 A, 1998.
BY 12728 C1 2009.12.30
(57)
Способ нанесения легирующего покрытия на поверхность металлического изделия,
заключающийся в том, что наносят слои легирующих элементов, причем поверхность металлического изделия перед нанесением слоев легирующих элементов и каждый нанесенный слой легирующего элемента обрабатывают в среде рабочего газа компрессионными
плазменными потоками с плотностью энергии 5-60 Дж/см2 и длительностью разряда 50250 мкс.
Изобретение относится к технологии нанесения легирующих материалов на поверхность металлических изделий и может быть использовано в машиностроении для упрочнения рабочих поверхностей.
Известен способ нанесения легирующего покрытия на поверхность низкоуглеродистой стали, при котором на ее поверхность наносят легирующий элемент и обрабатывают
импульсами компрессионных плазменных потоков.
Известный способ не обеспечивает повышение микротвердости и уменьшение коэффициента трения из-за недостаточной концентрации легирующего элемента в материале
изделия.
Задачей изобретения является повышение микротвердости и уменьшение коэффициента трения поверхности металлического изделия за счет увеличения концентрации легирующих элементов в материале изделия.
Задача решается тем, что в способе нанесения легирующего покрытия на поверхность
металлического изделия наносят слои легирующих элементов, причем поверхность металлического изделия перед нанесением слоев легирующих элементов и каждый нанесенный слой легирующего элемента обрабатывают в среде рабочего газа компрессионными
плазменными потоками с плотностью энергии 5-60 Дж/см2 и длительностью разряда 5250 мкс.
BY 12728 C1 2009.12.30
Обработка поверхности изделия компрессионными плазменными потоками перед нанесением легирующих элементов обеспечивает очистку и гомогенизацию поверхностного
слоя материала изделия, в результате чего повышается равномерность распределения наносимых легирующих элементов в материале изделия, а также адгезия каждого нанесенного слоя легирующего элемента. Нанесение и последующая обработка каждого
нанесенного легирующего слоя компрессионными плазменными потоками с экспериментально установленными плотностью энергии и длительностью импульса обеспечивает
дальнейшее увеличение концентрации легирующего элемента в поверхностном слое материала изделия, изменяет фазовый состав его легированной области и, соответственно, повышение микротвердости и уменьшение коэффициента трения поверхности изделия.
Заявленный способ осуществляют следующим образом. Для проведения испытаний
нанесенных покрытий из легирующих элементов циркония, хрома, молибдена, титана,
вольфрама были изготовлены образцы из низкоуглеродистой стали (марка Ст3), быстрорежущей стали (марка Р6М5), алюминия (марка А95) и никеля в виде дисков диаметром
20 мм и толщиной 2 мм.
Обработку поверхности образцов перед нанесением легирующих слоев и обработку
каждого нанесенного легирующего слоя производили компрессионными плазменными
потоками с плотностью энергии 5-60 Дж/см2 и длительностью разряда 50-250 мкс, сформированных с помощью газоразрядного магнитоплазменного компрессора компактной
геометрии в среде азота. Нанесение слоев легирующих элементов производили на установке вакуумно-дугового осаждения ВУ-2МБС. Микротвердость полученных покрытий
измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 100 г для никеля и алюминия и 200 г
для сталей. Полученные покрытия испытывали на коэффициент трения на трибометре
УИПТ-001 при возвратно-поступательном движении индентора из твердого сплава ВК8
по поверхности образца при нагрузке 100 г в условиях сухого трения. Коэффициент трения алюминия не определялся вследствие его высокой пластичности и эффектов схватывания при трении.
Изобретение иллюстрируется примерами.
Примеры одноэлементного легирования низкоуглеродистой стали Ст3 цирконием.
Пример 1.
На поверхность образца из низкоуглеродистой стали Ст3 по известному способу наносят слой циркония и обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 13 Дж/см2 и длительностью разряда 100 мкс. Результаты испытания сведены
в табл. 1 (пример 1).
Примеры 2-134.
Поверхность образцов из низкоуглеродистой стали Ст3 по заявляемому способу предварительно обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 2, 5, 10, 13, 15, 30, 40, 60, 70 Дж/см2 и длительностью разряда 30, 50, 100, 150, 200,
250, 300 мкс. На одну часть образцов наносят один слой, на другую часть образцов - три
слоя и на третью - пять слоев циркония. Каждый нанесенный слой обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 2, 5, 10, 13, 15, 30, 40, 60,
70 Дж/см2 и длительностью разряда 30, 50, 100, 150, 200, 250, 300 мкс. Режимы обработки
и результаты испытаний сведены в табл. 1 (примеры 2-134).
Примеры нанесения легирующего элемента на низкоуглеродистую сталь Ст3.
Примеры 1-6.
На поверхность образцов из низкоуглеродистой стали Ст3 по известному способу наносят слой титана, или молибдена, или хрома и обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 13 Дж/см2 и длительностью разряда 100 мкс.
Результаты испытания сведены в табл. 2 (примеры 1, 3, 5). Поверхность других образцов
из низкоуглеродистой стали Ст3 по заявляемому способу предварительно обрабатывают
компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 15 и 30 Дж/см2 и дли2
BY 12728 C1 2009.12.30
тельностью разряда 50, 100 и 150 мкс. На один образец наносят три слоя титана, на другой пять слоев молибдена, на третий - три слоя хрома. Каждый нанесенный слой обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 15 и 30 Дж/см2 и
длительностью разряда 50, 100 и 150 мкс. Режимы обработки и результаты испытаний
сведены в табл. 2 (примеры 2, 4, 6).
Примеры многоэлементного легирования низкоуглеродистой стали Ст3 хромом, цирконием, титаном, молибденом, вольфрамом.
Пример 1.
Поверхность образца из низкоуглеродистой стали Ст3 по заявляемому способу предварительно обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 15 Дж/см2 и длительностью разряда 150 мкс. Затем наносят три слоя хрома и один
слой циркония. Каждый нанесенный слой обрабатывают компрессионными плазменными
потоками с плотностью энергии 15 Дж/см2 и длительностью разряда 150 мкс.
Пример 2.
Поверхность образца из низкоуглеродистой стали Ст3 по заявляемому способу предварительно обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 20 Дж/см2 и длительностью разряда 100 мкс. Затем наносят два слоя титана и два слоя
молибдена. Каждый нанесенный слой обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 20 Дж/см2 и длительностью разряда 100 мкс.
Пример 3.
Поверхность образца из низкоуглеродистой стали Ст3 по заявляемому способу предварительно обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 30 Дж/см2 и длительностью разряда 150 мкс. Затем наносят два слоя молибдена и
один слой вольфрама. Каждый нанесенный слой обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 30 Дж/см2 и длительностью разряда 150 мкс.
Пример 4.
Поверхность образца из низкоуглеродистой стали Ст3 по заявляемому способу предварительно обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 15 Дж/см2 и длительностью разряда 100 мкс. Затем наносят один слой титана, один
слой хрома и один слой молибдена. Каждый нанесенный слой обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 15 Дж/см2 и длительностью разряда 100 мкс.
Режимы обработки и результаты испытаний сведены в табл. 3.
Примеры одно- и многоэлементного легирования алюминия, никеля и стали Р6М5
цирконием, молибденом, титаном, вольфрамом.
Примеры 1-9.
На поверхность образцов из алюминия (марка А95), никеля и быстрорежущей стали
(марка Р6М5) по известному способу наносят слой циркония и обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 13 Дж/см2 и длительностью разряда 100 мкс. Результаты испытаний сведены в табл. 4 (примеры 1, 4, 7). Поверхность
других образцов из алюминия, никеля и стали Р6М5 по заявляемому способу предварительно обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 5,
10, 13, 15 и 20 Дж/см2 и длительностью разряда 100 и 150 мкс. На часть образцов наносят
три слоя циркония, на другую - один слой молибдена, один слой титана и один слой циркония, на третью - один слой циркония, один слой титана и один слой вольфрама. Каждый
нанесенный слой обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью
энергии 5, 10, 13, 15 и 20 Дж/см2 и длительностью разряда 100 и 150 мкс. Режимы обработки и результаты испытаний сведены в табл. 4 (примеры 2, 3, 5, 6, 8, 9).
Как видно из приведенных в таблицах данных, заявляемый способ по сравнению с известным при однослойном нанесении циркония на низкоуглеродистую сталь Ст3 обеспечивает увеличение микротвердости в 1,1 раза и уменьшение коэффициента трения в 1,1
3
BY 12728 C1 2009.12.30
раза (табл. 1), при многослойном нанесении циркония - увеличение микротвердости в 1,7
раза и уменьшение коэффициента трения в 1,5 раза (табл. 1), при трехслойном нанесении
титана - увеличение микротвердости в 1,5 раза и уменьшение коэффициента трения в 4,5
раза (табл. 2), при пятислойном нанесении молибдена - увеличение микротвердости в 1,3
раза и уменьшение коэффициента трения в 2,7 раза (табл. 2), при трехслойном нанесении
хрома - увеличение микротвердости в 1,3 раза и уменьшение коэффициента трения в 2,0
раза (табл. 2).
При многоэлементном нанесении хрома и циркония на низкоуглеродистую сталь Ст3
обеспечивается микротвердость 7,21 ГПа и коэффициент трения 0,11, титана и молибдена микротвердость 8,41 ГПа и коэффициент трения 0,10, молибдена и вольфрама - микротвердость 6,46 ГПа и коэффициент трения 0,10, титана, хрома и молибдена - микротвердость 6,75 ГПа и коэффициент трения 0,12 (табл. 3).
Заявляемый способ по сравнению с известным при многоэлементном нанесении молибдена, титана и циркония на алюминий обеспечивает увеличение микротвердости в 1,4
раза (табл. 4), при трехслойном нанесении циркония на никель - увеличение микротвердости в 1,5 раза и уменьшение коэффициента трения в 1,1 раза (табл. 4), при многоэлементном нанесении циркония, титана и вольфрама на быстрорежущую сталь Р6М5 увеличение микротвердости в 1,1 раза и уменьшение коэффициента трения в 1,4 раза
(табл. 4).
Таблица 1
Плотность
Количество
Длительность
Микротвердость, Коэффициент
№ примера
энергии,
нанесенных
разряда, мкс
ГПа
трения
Дж/см2
слоев
1
13
100
1
5,90
0,14
2
2
30
1
2,06
0,53
3
1
2,07
0,53
5
100
4
3
2,10
0,51
5
5
2,19
0,50
6
1
2,12
0,51
30
7
3
2,21
0,50
8
5
2,32
0,48
9
1
4,59
0,24
50
10
3
5,32
0,18
11
5
5,91
0,14
12
1
4,55
0,25
100
13
3
6,21
0,13
14
5
6,96
0,12
15
1
4,51
0,25
10
150
16
3
6,03
0,13
17
5
6,59
0,13
18
1
4,34
0,27
200
19
3
5,99
0,14
20
5
6,44
0,13
21
1
4,09
0,30
250
22
3
5,68
0,16
23
5
6,10
0,13
24
1
3,02
0,40
300
25
3
3,39
0,36
26
5
3,51
0,35
4
BY 12728 C1 2009.12.30
Продолжении таблицы 1
№ примера
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
Плотность
энергии,
Дж/см2
13
15
Количество
Длительность
Микротвердость, Коэффициент
нанесенных
разряда, мкс
ГПа
трения
слоев
1
2,54
0,46
30
3
2,75
0,44
5
2,90
0,41
1
4,13
0,29
50
3
5,40
0,17
5
6,05
0,13
1
6,09
0,13
100
3
7,32
0,12
5
8,10
0,11
1
6,54
0,13
150
3
7,63
0,12
5
8,19
0,11
1
5,93
0,14
200
3
6,25
0,13
5
6,94
0,12
1
5,89
0,14
250
3
6,13
0,13
5
6,42
0,13
1
4,10
0,29
300
3
4,51
0,25
5
4,77
0,22
1
3,12
0,39
30
3
3,56
0,35
5
3,91
0,31
1
4,08
0,30
50
3
4,89
0,21
5
5,78
0,15
1
6,16
0,13
100
3
8,13
0,11
5
9,79
0,09
1
6,45
0,13
150
3
7,86
0,12
5
9,19
0,10
1
6,39
0,13
200
3
6,71
0,13
5
7,25
0,12
1
6,14
0,13
250
3
6,36
0,13
5
7,17
0,12
1
4,54
0,25
300
3
4,90
0,21
5
5,43
0,17
5
BY 12728 C1 2009.12.30
Продолжении таблицы 1
№ примера
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
Плотность
энергии,
Дж/см2
30
40
Количество
Длительность
Микротвердость, Коэффициент
нанесенных
разряда, мкс
ГПа
трения
слоев
1
4,95
0,20
30
3
5,29
0,18
5
5,51
0,17
1
5,19
0,18
50
3
5,71
0,16
5
6,15
0,13
1
5,45
0,17
100
3
5,97
0,14
5
6,63
0,13
1
4,92
0,21
150
3
5,49
0,17
5
6,23
0,13
1
4,77
0,22
200
3
5,51
0,17
5
6,15
0,13
1
4,43
0,26
250
3
5,15
0,19
5
6,03
0,14
1
3,84
0,32
300
3
4,90
0,21
5
5,17
0,18
1
4,93
0,21
30
3
5,41
0,17
5
5,84
0,15
1
5,24
0,18
50
3
5,75
0,16
5
5,83
0,15
1
5,19
0,18
100
3
5,79
0,15
5
6,41
0,13
1
4,77
0,22
150
3
5,12
0,19
5
6,11
0,14
1
4,25
0,28
200
3
5,09
0,19
5
5,99
0,14
1
4,22
0,28
250
3
4,91
0,21
5
5,87
0,15
1
3,66
0,34
300
3
4,75
0,23
5
4,92
0,21
6
BY 12728 C1 2009.12.30
Продолжении таблицы 1
№ примера
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
Плотность
энергии,
Дж/см2
60
70
Количество
Длительность
Микротвердость, Коэффициент
нанесенных
разряда, мкс
ГПа
трения
слоев
1
5,07
0,19
30
3
5,31
0,18
5
5,59
0,16
1
5,24
0,18
50
3
5,53
0,17
5
6,22
0,13
1
4,75
0,23
100
3
5,59
0,16
5
6,13
0,13
1
4,91
0,21
150
3
5,15
0,19
5
5,89
0,15
1
3,65
0,34
200
3
4,14
0,29
5
4,92
0,21
1
3,15
0,39
250
3
3,79
0,32
5
4,28
0,27
1
2,99
0,40
300
3
3,27
0,37
5
3,91
0,31
1
2,52
0,46
300
3
3,11
0,39
5
3,79
0,32
Таблица 2
№
Плотность
Количество
Легирующий
Длительность
Микротвердость, Коэффициент
приэнергии,
нанесенных
элемент
разряда,
мкс
ГПа
трения
мера
Дж/см2
слоев
1
2
3
4
5
6
Ti
Ti
Mo
Mo
Cr
Cr
13
15
13
30
13
15
100
100
100
50
100
150
1
3
1
5
1
3
7
3,18
4,79
4,92
6,55
3,89
5,21
0,58
0,13
0,27
0,10
0,38
0,19
BY 12728 C1 2009.12.30
Таблица 3
№
Плотность
Количество
Легирующий
Длительность
Микротвердость, Коэффициент
приэнергии,
нанесенных
элемент
разряда, мкс
ГПа
трения
мера
Дж/см2
слоев
Сr
Zr
Ti
Mo
15
15
20
20
150
150
100
100
3
1
2
2
3
Mo
W
30
30
150
150
4
Ti
Cr
Mo
15
15
15
100
100
100
1
2
7,21
0,11
8,14
0,10
2
1
6,46
0,10
1
1
1
6,75
0,12
Таблица 4
№
примера
Обрабаты- Легирую- Плотность Длитель- Количество
ваемый
щий элеэнергии, ность раз- нанесенных
материал
мент
Дж/см2
ряда, мкс
слоев
1
2
Аl
Аl
3
Аl
4
5
6
7
8
Ni
Ni
Ni
P6M5
P6M5
9
P6M5
Zr
Zr
Mo
Ti
Zr
Zr
Zr
Zr
Zr
Zr
Zr
Ti
W
13
5
5
5
5
13
10
20
13
13
15
15
15
100
50
100
100
100
100
150
100
100
100
100
100
100
1
3
1
1
1
1
3
3
1
3
1
1
1
Микротвердость,
ГПа
1,82
2,15
Коэффициент
трения
-
2,53
-
3,88
5,79
5,57
8,88
9,45
0,11
0,10
0,10
0,14
0,11
9,81
0,10
Источники информации:
1. Углов В.В., Черенда Н.Н. и др. Перемешивание системы цирконий/сталь компрессионными плазменными потоками // Вакуумная техника и технология. - 2006. - Т. 16. № 2. - C. 123-131 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
133 Кб
Теги
by12728, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа