Способ нанесения многослойного коррозионностойкого покрытия

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Вершина Алексей Константинович Агеев Виталий Александрович Латушкина Светлана Дмитриевна Маковец Елена Аркадьевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Способ нанесения многослойного коррозионностойкого покрытия, включающий последовательное нанесение на поверхность изделия слоя титана и нескольких слоев его тугоплавких соединений, отличающийся тем, что нанесение слоя титана осуществляют путем ионной бомбардировки поверхности изделия ионами титана и осаждения слоя титана,нанесение каждого слоя тугоплавкого соединения титана осуществляют путем ионной бомбардировки поверхности изделия ионами титана и осаждения слоя тугоплавкого соединения титана, причем ионную бомбардировку осуществляют до достижения на поверхности изделия температуры 200-400 С, а после осаждения каждого слоя проводят охлаждение поверхности изделия до комнатной температуры. Предлагаемое изобретение относится к технологии осаждения электродуговых покрытий в вакууме и может быть использовано для получения покрытий с высокими защитными свойствами на металлических изделиях. Продукты эрозии катода вакуумной дуги наряду с нейтральной и ионизированной компонентами содержат значительное количество макрочастиц в виде капель, кластеров и твердых осколков материала катода. Их присутствие в плазменном потоке приводит к образованию в формируемых конденсатах сквозных пор и кратероподобных лунок, что отрицательно сказывается на защитных, в частности антикоррозионных, свойствах покрытий. Известен способ нанесения защитных покрытий, не содержащих макрочастиц, включающий распыление материала катода, сепарацию образованного потока путем транспортировки его вдоль криволинейной плазмооптической системы и осаждение покрытия на изделие 1. 10204 1 2008.02.28 Недостатком данного способа является формирование столбчатой структуры в осаждаемых покрытиях, что снижает их защитные свойства и, в частности, коррозионную стойкость. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ нанесения покрытий с помощью низковольтного электрического разряда при пониженном давлении, включающий последовательное нанесение на поверхность изделия многослойного покрытия на основе титана и его тугоплавких соединений с последующей ионной бомбардировкой каждого слоя потоком ионов титана высокой энергии 2. Недостатком этого способа также является низкая коррозионная стойкость формируемого покрытия вследствие его столбчатой структуры. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости металлических изделий с покрытиями за счет формирования покрытий с комбинированной структурой, характеризующейся наличием рентгеноаморфной и кристаллической фаз образующихся соединений. Для достижения поставленной технической задачи в способе нанесения многослойного коррозионностойкого покрытия, включающем последовательное нанесение на поверхность изделия слоя титана и нескольких слоев его тугоплавких соединений, нанесение слоя титана осуществляют путем ионной бомбардировки поверхности изделия ионами титана и осаждения слоя титана, нанесение каждого слоя тугоплавкого соединения титана осуществляют путем ионной бомбардировки поверхности изделия ионами титана и осаждения слоя тугоплавкого соединения титана, причем ионную бомбардировку осуществляют до достижения на поверхности изделия температуры 200-400 С, а после осаждения каждого слоя проводят охлаждение изделия до комнатной температуры. Технология осаждения покрытий с помощью низковольтного электрического разряда в вакууме традиционно включает два основных этапа 1) ионную бомбардировку поверхности подложки высокоэнергетичным потоком ионов материала катода и 2) конденсацию покрытия в условиях саморадиации потоками низкоэнергетичных ионов. В процессе ионной бомбардировки обрабатываемая поверхность подвергается интенсивному ионному травлению с удалением окислов, загрязнений и сорбированных газов. Одновременно частицы плазменного потока, бомбардирующего изделие, внедряются в его поверхностный слой, изменяя его фазово-структурные характеристики, формируя таким образом измененный промежуточный слой, материал которого находится в аморфном состоянии. На этапе конденсации покрытия последнее первоначально наследует указанный тип структуры. В последствии, из-за изменения теплофизических условий осаждения, наблюдается тенденция роста покрытия с кристаллической структурой и начинается кристаллизация сформированного промежуточного слоя, находящегося в метастабильном аморфном состоянии. Вследствие этого осаждение каждого последующего слоя покрытия необходимо проводить при условии стабилизации температуры напыления, но с обеспечением сохранения аморфной фазы. С другой стороны, температура поверхности конденсации должна быть такой, чтобы обеспечивались условия протекания плазмохимических реакций синтеза тугоплавких соединений в зоне взаимодействия низкоэнергетичных компонентов плазменного потока с реакционным газом. Результаты проведенных исследований позволили установить требуемый температурный диапазон, который при синтезе тугоплавких соединений титана, например карбида или карбонитрида, или оксикарбонитрида,в условиях нанесения плазменно-вакуумных покрытий электродуговым методом, составил 200-400 С. Последующее охлаждение каждого напыленного слоя до комнатной температуры приводит к замораживанию сформированной кристалло-аморфной структуры, что сопровождается, в конечном итоге, улучшением защитных свойств многослойного покрытия. 2 10204 1 2008.02.28 Примеры осуществления способа. Покрытия осаждали на установке УРМ 3.279.048,модифицированной путем встраивания системы сепарации плазмы. Нанесение покрытий осуществляли на образцы из стали 08 кп. Ионную бомбардировку осуществляли при потенциале смещения 1,5 кВ ионами материала катода (титан ВТ 1-00), затем проводили осаждение слоя титана и охлаждение. После этого этап ионной бомбардировки повторяли и осаждали слой нитрида титана (в атмосфере азота при давлении 0,1 Па) с последующим охлаждением. Контроль температуры подложки осуществляли с помощью термопары, зачеканенной в подложку с точностью 10 С, а защитные свойства конденсатов оценивали по основной электрохимической характеристике (величине стационарного электродного потенциала), полученной с помощью потенциостата П-5848. В таблице приведены условия осаждения покрытий и величины стационарного потенциала коррозии системы покрытие-подложка.опыта 1 2 3 4 5 6 В опытах 1-2 покрытия получены в соответствии с предложенным способом. Данные покрытия имеют более положительный стационарный электродный потенциал, что свидетельствует об их высоких защитных свойствах. При получении покрытий в серии опытов 3-5 температурный диапазон не соответствует заявляемому, так как были нарушены либо условия нагрева в процессе ионной бомбардировки (3, 4), либо условия охлаждения (5). Покрытие в опыте 6 получено по условиям прототипа. Все эти перечисленные покрытия (3-5) имеют более низкую защитную способность по сравнению с покрытиями 1, 2. Таким образом, заявляемая последовательность операций, обеспечивающая указанные температурные диапазоны, обеспечивает достижение положительного эффекта, заключающегося в повышении защитных, в частности антикоррозионных, свойств формируемых покрытий. Источники информации 1. Аксенов И.И., Белоус В.А., Падалка В.Г., Хороших В.М. Устройство для очистки плазмы вакуумной дуги от макрочастиц // ПТЭ. - 1978. -5. - С. 236-237. 2. А.с. СССР 1172304 // БИ 29. - 1985 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3