Способ нанесения защитно-декоративных покрытий на металлические изделия

(51)23 14/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ(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 защитно-декоративных покрытий на металлические изделия, включающий осаждение плазменного потока титана на поверхность изделия, отличающийся тем, что вначале осаждают подслой титана из сепарированного плазменного потока, затем осуществляют ионную бомбардировку подслоя титана ионами титана с энергией 1-3 кэВ из сепарированного плазменного потока до уменьшения толщины подслоя на 10-20 , после чего плавно понижают энергию ионов до 0-120 эВ в течение 30-60 с при одновременном осаждении слоя соединений титана требуемой толщины из несепарированного плазменного потока с энергией ионов 80-120 эВ. Предлагаемое изобретение относится к технологии осаждения вакуумных электродуговых покрытий и может быть использовано при нанесении покрытий с высокими защитными свойствами на металлические изделия на предприятиях часовой, ювелирной, местной и легкой промышленности. 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. Недостатком данного способа является формирование покрытия со столбчатой структурой, что отрицательно сказывается на его защитной способности, в частности коррозионной стойкости, а также низкая производительность процесса, так как значительная часть распыленного материала осаждается на стенках плазмовода. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения (нанесения) защитно-декоративных покрытий в вакууме, включающий осаждение плазменного потока титана на поверхность металлического изделия 2. Недостатком этого способа является низкая коррозионная стойкость формируемого покрытия вследствие перехода его кристаллоаморфной структуры в кристаллическую в 9076 1 2007.04.30 процессе осаждения подслоя титана вследствие изменения теплофизических условий конденсации. Задачей предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости металлических изделий с покрытием за счет формирования и стабилизации кристаллоаморфной структуры подслоя титана, что сопровождается улучшением защитных свойств покрытия в целом. Для достижения поставленной задачи в способе нанесения защитно-декоративных покрытий на металлические изделия, включающем осаждение плазменного потока титана на поверхность изделия, вначале осаждают подслой титана из сепарированного плазменного потока, затем осуществляют ионную бомбардировку подслоя титана ионами титана с энергией 1-3 кэВ из сепарированного плазменного потока до уменьшения толщины подслоя на 10-20 , после чего плавно понижают энергию ионов до 0-120 эВ в течение 3060 с при одновременном осаждении слоя соединений титана требуемой толщины из несепарированного плазменного потока с энергией ионов 80-120 эВ. В процессе ионной бомбардировки подслоя титана ионами титана с энергией 1-3 КэВ происходит распыление сформировавшегося подслоя, верхняя часть которого (толщиной 10-20 от общей толщины подслоя) находится в кристаллическом состоянии. Кроме того, при указанных энергиях бомбардирующих поверхность частиц имеет место и их частичное внедрение (имплантирование) в подслой, что способствует формированию измененной промежуточной области с аморфной структурой. Следовательно, на данном этапе ионной обработки обеспечивается не только удаление кристаллической составляющей материала подслоя, но и стабилизация и развитие его аморфной фазы, что и обеспечивает повышение защитной способности всего покрытия. При снижении энергии ионов из сепарированного плазменного потока, характеризующегося энергетической монохроматичностью, до 0-120 эВ процесс конденсации покрытия приобретает доминирующую роль по сравнению с процессами внедрения частиц и распыления поверхности. Изменение энергии ионов в указанном пределе обеспечивает уменьшение миграционных возможностей конденсирующихся частиц, препятствует их коалесценции и развитию кристаллизационных процессов. В этой связи формируемое покрытие первоначально наследует от подслоя титана аморфный тип структуры. Соединения титана формируются преимущественно из несепарированного плазменного потока,для которого характерен широкий энергетический спектр конденсирующихся частиц. Варьированием соотношений энергии частиц, адсорбируемых растущей пленкой, из сепарированного и несепарированного плазменных потоков в указанных пределах изменяют соотношение аморфной и кристаллической фаз в конденсате соединений титана. Примеры осуществления способа. Покрытия осаждали на образцы из стали 08 кп на установке УРМЗ.279.048, модифицированной путем встраивания системы сепарации плазмы. Подслой титана толщиной 0,9-1,0 мкм наносили из сепарированного плазменного потока (материал катода - титан ВТ 1-00). После этого осуществляли ионную бомбардировку подслоя ионами титана с энергией 1-3 КэВ из сепарированного плазменного потока до уменьшения толщины на 0,1-0,2 мкм, что составляло 10-20 толщины подслоя титана. Затем в течение 30-60 с плавно снижали энергию ионов до 0-120 эВ и одновременно осуществляли осаждение слоя соединений титана из несепарированного плазменного потока с энергией ионов 80-120 эВ при парциальном давлении азота 3-102 Па. Общая толщина покрытия, которая определялась оптически на микроинтерферометре МИИ-4, во всех случаях составляла 20,06 мкм. Защитную способность покрытий оценивали по основной электрохимической характеристике - величине стационарного потенциала коррозии, измеряемого в 3 растворес помощью потенциостата П-5848. В таблице приведены условия осаждения покрытий и величины стационарного потенциала коррозии системы покрытие-подложка. В опытах 1-3 и 7-8 покрытия получены в соответствии с предложенным способом. Данные покрытия имеют высокую защитную способность, что подтверждают величины стационарных потенциалов коррозии. 2 9076 1 2007.04.30 В покрытии, полученном по условиям опыта 4, энергия ионов на этапе ионной бомбардировки подслоя титана недостаточна для удаления кристаллической составляющей,поэтому материал формируемого на следующем этапе осаждения слоя соединений титана имеет кристаллическую структуру, характеризуемую столбчатостью. Энергия ПродолжиТолщина Конечная ионов на Энергия тельность этапе ион- подслоя тиэнергия часСтационаруменьшения частиц из тиц из сепа ной бом- тана после ный потеннесепариэнергии часионной рироциал корроопыта бардированного тиц из сепарировки под- бомбардиванного позии, мВ рованного попотока, эВ тока, эВ слоя тита- ровки, мкм тока, с на, эВ 1 1,0 0,9 30 0 80-350 В покрытиях, сформированных по условиям опытов 5 и 6, не выдерживается время уменьшения энергии частиц до энергии из требуемого интервала, что, с одной стороны, не обеспечивает образования слоя с высокими когезионными свойствами (опыт 5), а с другой стороны, ухудшает его структурно-механические характеристики вследствие значительной толщины (опыт 6). Покрытие 9 получено при превышении энергии частиц из несепарированного плазменного потока выше 120 эВ, а покрытие 10 - по условиям способа-прототипа. Оба этих покрытия имеют худшие антикоррозионные свойства по сравнению с покрытиями,сформированными согласно заявляемому способу. Использование предлагаемого изобретения планируется на РУП СЗОС для повышения коррозионной стойкости защитных камер оптико-обрабатывающих станков путем нанесения на внутренние поверхности этих камер защитных 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. Патент 2431 С 1, 1998. - С. 143 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3