Способ формирования износостойких и коррозионностойких покрытий

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ И КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии Научно-производственное закрытое акционерное общество Синта(72) Авторы Андреев Михаил Анатольевич Ильющенко Александр Федорович Маркова Людмила Владимировна Корженевский Александр Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии Научно-производственное закрытое акционерное общество Синта(57) Способ формирования износостойкого и коррозионностойкого покрытия путем ионно-лучевого распыления мишени в вакууме, отличающийся тем, что распыляют мишень,изготовленную из спрессованного порошка тугоплавкого металла и 5-10 мас.ультрадисперсного алмазного порошка с размером частиц 1-5 нм. Изобретение относится к металлургии, а именно к способам упрочнения поверхности изделий путем нанесения вакуумных покрытий методом ионно-лучевого распыления в вакууме композиционных мишеней, и может быть использовано для нанесения упрочняющих и коррозионностойких покрытий на детали машин, режущий инструмент и технологическую оснастку. Известны способы упрочняющей обработки поверхности изделий путем нанесения вакуумных покрытий методом электродугового испарения на основе тугоплавких металлов - групп Периодической системы в среде реакционных газов 2 и С 2 с формированием нитридов, карбидов и карбонитридов этих металлов 1. Недостатком данного способа нанесения покрытий на детали машин, режущий инструмент и технологическую оснастку является относительно невысокая коррозионная стойкость упрочненной поверхности за счет пористости получаемых этим способом покрытий, а также из-за несовершенства структуры формируемых покрытий. Известны также способы формирования многослойных функциональных вакуумных покрытий 2 путем последовательного нанесения на изделия слоев тугоплавких металлов и их соединений, обеспечивающих те или иные функциональные характеристики покрытий (износостойкость, коррозионную стойкость и т.д.). 10419 1 2008.04.30 Недостатком данного способа является необходимость использования для формирования покрытий установок с несколькими источниками генерации плазменных потоков(многокатодных установок), сложность в выборе оптимальной конструкции многослойного покрытия (подбор материалов и последовательность их нанесения), а также необходимость проведения расчетов по оптимальной толщине каждого слоя, их совместимости по коэффициентам термического расширения и т.д. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ формирования функциональных покрытий методом ионно-лучевого распыления мишеней из металлов и их соединений 3. Недостатком данного способа формирования является получаемое покрытие со структурой, имеющей дефектное строение по границам зерен, не обеспечивающее его достаточную плотность и, таким образом, не обеспечивающее необходимую коррозионную стойкость покрытия. Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости и коррозионной стойкости обрабатываемой поверхности за счет формирования беспористого покрытия с мелкозерненой структурой, получаемого в процессе его нанесения методом ионно-лучевого распыления. Это достигается тем, что в известном способе формирования покрытия, путем ионнолучевого распыления мишени в вакууме, распыляют мишень, изготовленную из спрессованного порошка тугоплавкого металла и 5-10 мас.ультрадисперсного алмазного порошка с размером частиц 1-5 нм. Добавление УДА в мишень для распыления увеличивает количество центров зародышеобразования при формировании покрытия и таким образом ускоряет его рост. В то время как зародыши кристаллизации в покрытии без УДА коалесцируют и их концентрация в процессе осаждения пленки уменьшается, присутствие ультрадисперсных частиц в мишени увеличивает количество зародышей в течение всего процесса кристаллизации и ведет к увеличению числа отдельных кристаллов в покрытии. При этом формируется более мелкое зерно. Ультрадисперсные алмазы располагаются по границам зерен, служащим местом концентраций дислокаций, и препятствуют их переползанию в соседние зерна при приложении нагрузок и температур, тем самым, увеличивая механические свойства покрытий и их коррозионную стойкость. Сущность способа поясняется примером. Для выделения влияния добавки ультрадисперсных алмазов в мишень для распыления на коррозионную стойкость и износостойкость деталей из сталей и сплавов были проведены исследования микромеханических характеристик покрытий, сформированных из мишеней с добавками УДА, а также исследования их коррозионной стойкости. Для сравнения исследовались образцы из тех же сталей и сплавов с покрытиями, полученными путем распыления хромовых и никелевых мишеней без добавок УДА. Все измерения микротвердости покрытий проводили на микротвердомерес использованием наконечника Кнупа при нагрузке на индентор, равной 0,01 Н. Высоту неровностей определяли с помощью профилографа-профилометра 252 при вертикальном увеличении 100000. Морфологию поверхности и ширину треков износа изучали с применением сканирующего электронного микроскопа. Коррозионную стойкость никелевых покрытий определяли выдержкой в смеси кислот состава 50 НС 50. Коррозионную стойкость хромовых покрытий определяли выдержкой в смеси кислот состава 50 НС 50, 22724. Результаты испытаний никелевых и хромовых покрытий представлены в табл. 1 и табл. 2. 10419 1 2008.04.30 Таблица 1 Результаты испытаний никелевых покрытий Способ Предлагаемый Предлагаемый Известный Результаты испытаний хромовых покрытий Способ Предлагаемый Предлагаемый Известный Как видно из табл. 1 и 2, предлагаемый способ формирования износостойких и коррозионностойких покрытий, путем введения в мишень для распыления ультрадисперсных алмазов, позволяет повысить физико-химические характеристики покрытий следующим образом для никелевых покрытий в 1,5 раза повысить микротвердость в 3 раза повысить износостойкость в 2 раза уменьшить шероховатость в 3 раза повысить коррозионную стойкость для хромовых покрытий в 2 раза повысить микротвердость в 8 раз повысить износостойкость в 3 раза уменьшить шероховатость в 3 раза повысить коррозионную стойкость покрытия по сравнению с традиционным способом нанесения покрытий, за счет формирования беспористого покрытия с мелкозерненой структурой. Введение УДА в мишень для распыления в количестве менее 5 не дает явно выраженного увеличения эксплутационных свойств ионно-лучевых покрытий. Увеличение концентрации УДА в мишени для распыления до 15 не повысило физикохимические характеристики покрытий. Это объясняется тем, что при увеличении концентрации УДА свыше 10 наночастицы начинают вносить искажения в кристаллическую решетку материалов покрытия и повышают дефектность таких покрытий. Исходя из этого оптимальным вариантом для формирования износостойких и коррозионностойких покрытий является содержание УДА в мишени для распыления в количестве 5-10 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4