Способ получения металлических покрытий

СОЮЗ ООВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) 03 3(50 С 23 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НО ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН СССРРЫТИЙ ЕТЕНВу ВТОРСНОМ ЕТЕЛЬС Калини дена Трудово технический етельство СССР(71) Краснодарский оКрасного Знамени полинститут(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЕТАПЛИЧЕ-; . СКИХ ПОКРЫТИИпреимущественно многослойных,в транспортном расплаве с насышающим порошком, имеющем по высоте различные температурные зоны с помещением изделия в одной из них, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения процесса на- сыщения, в качестве транспортного . расплава используют свинец или звтектику свинец-висмут, порошок подают в зону с температурой 900-1100 С, а изделие помещают в зону стемпературой 500-700 С.(мой детали, места подачи и раствоПосле стабилизации температурного режима, когда в нижней зонеконтура создается температура900-1100 С и в верхней - 500-700 С,в пространство наружного контура(между трубами 4 и 5) подают поддавлением аргон, который вытесйяет транспортный расплав (РЬили эвтектику РЬ-В) из вспомогательной емкости 2 во внутренний контур (междутрубами 5 и 6).Подаваемый под давлением аргон является также и охлаждаю.щей средой, благодаря чему онспособствует более быстрой стабилизации режима. ускорения транспортногорасплава вследствие образованиябольшего градиента температурмежду верхней и нижней температурными зонами контура и позволяетподдерживать в верхней части контура температуру 500-700 С,55 Изобретение относится к химикотермической обработке сталей, в частности дпя получения многослойныхтитано-никелевых, титано-хромовых, молибдено-хромовых и любыхдругих комбинаций элементов длязащитных слоев на сталях, а такжена тугоплавких металлах и сплавах.Известны способы полученияпокрытий на стальных деталях путем погружения их в расплавы легко-.плавких металлов с добавкой в нихпорошка легирующих элементов 1).Недостатком этих способов является малая производительность насыще-,ния за счет небольшой скорости рос" 15та диффузионного слоя, высокая температура процесса ( 1000 С)прикоторой ухудшается структура стализа счет роста зерен, и трудностьполучения защитного покрытия из р 0чистого металла так как на границе раздела протекает встречный. диффузионный процесс,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату 25к предлагаемому является способхимико-термической обработки, которыйзаключается в получении платиновогопокрытия, наносимого из транспортногорасплава пития с добавкой в качествегеттера порошка циркония.При этом изделие, геттер и порошок платины поме-,щают в разные температурные зоны повысоте ванны, а именно : иэделиев среднюю часть ванны в зону стемпературой 90010 С, цирконий вводят в верхнюю ее часть с температурой 800+10 С, а платину, котораядовольно легко оседает в расплавелития - в нижнюючасть ванны с температурой 1000 фС. Ванна выполнена 40в форме трубы. При выдержке 5-6 чглубина платинового покрытия.составляет 20 мкм (0,02 мм) 2),Однако этот способ имеет рядсущественных недостатков: хаотическое перемещение слоев транспортного расплава из одной температуройзоны в другую, так как и восходящийи нисходящий потоки сосредоточеныв одной трубе,т,е. отсутствиенаправленного потока, а также50малую разность температур в температурных зонах, все это замедляетскорость процесса осаждения слоя,что приводит к низкой производительности; высокую температуруформирования слоя (900 ОС) и поэтомуневозможность получения покрытия безизменения структуры стали иэделия,большой расход диффундирующего легирующего металла за счет осаждения зна 60чи альной части его в наиболеехолодной зоне (на стенках труб и нгеттере) .Цель изобретения - ускорениепроцесса насыщения,65 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения металлических покрытий, преимущественно многослойных, в транспортном расплаве с насыцающим порошком, имеющем по высоте различные температурные зоны с помещением иэделия в одной иэ них, в качестве транспортного расплава используют Рили эвтектику Р -В;, порошок подают в зону с температурой 900-1100 ОС, а изделие помещают в зону с температурой 500-700, С.В качестве транспортной среды выбраны расплавы свинца или эвтектики Р(-Впоскольку эти расплавы являются средой, в которой скорость формирования покрытия в 4-8 раз превышает скорость формирования покрытия из других расплавов. Это вызвано большей растворимостью большинства элементов в жидком свинце.Процесс осаждения защитного слоя металла ведут в тепломассообменном контуре, выполненном в форме тру ба в трубе., с размещением покрываерения порошка, из которого Форми"руется защитный слой, в различныхтемпературных зонах,На чертеже дано схематическоеиэображение тепломассообменногоконтура в процессе работы.Перед пуском расплав 1 свинца или эвтектики РЬ-В находится в нижней части трубы 2,.которая служитвспомогательной емкостью, Разогрев и поддержание температуры во вспомогательной емкости в пределах900-1100 С"осуществляется нагревателем 3.Процесс непрерывного осаждениязащитного слоя осуществляетсяследующим образом,Благодаря создаваемому градиентутемператур между нижней, и верхней зоной контура, создается направленный поток транспортного расплава(РЬ, РЬ-В), при котором по трубеб перемещается восходящий поток, амежду трубами 5 и б транспортныйрасплав опускается вниз к горячейзоне.После стабилизации потокатранспортного расплава через трубку7 начинают равномерную подачу металлического порошка 8, необходимогодля покрытия, к максимально нагретойзоне вспомогательнбй емкости 2, чтоневозможно было осуществить безпредварительного вытеснения транспортного расплава РЬ или эвтектикиРЬ-В из вспомогательной емкостив тепломассообменный контур, Металлический порошок, растворяясь в транспортном расплаве, диффундирует квходу 9 во внутренний контур и врастворенном состоянии уноситсявосходящим потоком по центральнойтрубе 6Покрываемую деталь 10опускают в верхнюю зону внутреннегоконтура, в которой поддерживаютохлажденным аргоном температуру500-700 фС, Выделяющийся избытокрастворенного в транспортном расплаве металла осаждается на покрываемой детали. Периодически меняяподаваемые металлические порошкинапример, после никелевого порошка,подают титановый), можно получитьмногослойное эащитиое покрытие.Деталь фактически располагается взоне с постоянной температурой,что способствует равномерному осаждению зацитного покрытия по ее поверхности, После осаждения защитного многослойного покрытия необходимой толщины деталь 10 с помощью штока 11 поднимают в камеру, соединенную с форкамерой,снимают и на ее место устанавливают следуюцую деталь.Согласно предлагаемому способутрубы покрывают нитридом титана,что значительно облегчает снятиес них насыщающего металла, и неиспользуют геттер,. который также покрывается насыцающим металломЕсли диффундирующий элемент иосновной металл образуют соединения и твердые растворы,.то, применяя в качестве промежуточнойтранспортной среды жидкие металлы,которые растворяют диффузионныедобавки и не проникают в объемизделия, можно получить весьмаширокий круг диффузионных металлических покрытий.Таким образом, комбинируя металлические порошки, предлагаемымспособом можно получить практически целый ряд многослойных металлических защитных покрытий на сталях и тугоплавких металлах и сплавах, .отвечающих различным требованиям,П р и м е р 1Защитное никельтитановое покрытие получают на образце иэ Ст. 45. Перед нанесением покрытия поверхность образца подвергают химико-термическому обезжириванию. Затем образец устанавли-.,вают в верхней части тепломассооб 10 менного контура с расплавом свинца, куда добавляют порошок никеля,При температуре в нижней части контура 1000 ф С и в верхней - 500 О Св течение 1,5 ч проводят осаждение15 никеля на поверхности образца,После этого аналогично добавляютпорошок титана и в течение 1 чпроводят осаждение титана на слоеникеля.В результате металлографическогоисследования установлено наличиепокрытия толщиной 0,7 мм, котороесодержит слой никеля толщиной 0,4 мми слой титана толщиной 0,3 мм.П р и м е р 2. Никель-молибдено-вое покрытие получают на образце иэСт. 45.При тех же условиях (Т1000 С и Траур 600 С) в течейие1,5 ч проводят осаждение никеля,добавляя его порошок, Затем в тече"ние 2 ч осаждают молибден на слоеникеля,Металлографическим исследованиемустановлено наличие никель-молибденового покрытия толщиной 0,5 мм,З 5 состоящего "из никелевого покрытиятолциной 0,4 мм, и молибденового -толциной 0,1 мм.П р и м е р 3. Хромо-никелевое:покрытие получают на образце из,40 молибдена. При тех же условияхвафд 1100 С и Тб Х 700проводят осаждение хрома в течение 2 ч. Затем осаждают в течение1,5 ч слой никеля на слое молиб 45 дена.Металлографическим исследованиемустановлено наличие хромоникелевого покрытия толциной0,7 мм, состояцего из хромовогопокрытия толщиной 0,3 мм и никелевого - толщиной 0,4 мм.Таким образом, полученныерезультаты дают возможностьсделать вывод, что предлагаемый способ в 10-15 раэ, а в некоторыхслучаях и в 20 раэ, увеличиваетскорость осаждения покрытия на стальных образцах и на образцах из тугоплавких металлов и сплавов.По сравнению с известным спо 60 собом, в котором наблюдается хаотическое перемещение транспортного потока расплава за счет сосредоточения в одной трубе восходящего и нисходящего потоков, в предлаб 5 гаемом способе создан направлен, Известный 0 02 5-6 900+10 0,7 2,5 500 ПредлагаемыйПредлагаемый Предлагаемый 35 0,5 600 0,7 700 3,5 ВНИИПИ Заказ 3325/28 Тираж 956 Подписноефилиал ППП "Патентф, г.ужгород,ул.Проектная,4 ный ноток расплава благодаря большему градиенту температур между нижней (900-1100 фС) и верхней (500-700 фС) зонами контура и применение расплава РЬ или эвтектики Р-В 1, что ускоряет процесс переноса легирующих порошков к покрываемому иэделию и, соответственно, формирование слоя, примерно, в 10-15 раэ в зависимости от осаж.даемого металла низкая температура формирования слоя (500-700 ОС), )благодаря чему структур покрывае. мой детали не изменяется, что позволяет получить более качественное покрытие по сравнению с известным где температура формирования слоя составляет 900 С, которая и вызывает изменение структуры металла покрываемого изделия.В предлагаемом способе вытеснение расплава с помощью аргона в тепломассообменный контур дает воэможность подавать порошок легирующего металла непосредственно в нижнюю зону с самой высокой температурой 900-1100 ОС, что невозможно было бы осуществить без. предварительного вытеснения расплава.аргоном (это способствует быстрому. растворению легирующего металла в расплаве и переносу его в растворенном состоянии к покрываемому изделию), а также возможность получать металлическое покры" тие в одном тепломассообменном контуре путем равномерной подачи порошков легирующих металлов по заданной программе, тогда как в известном способе, если и возможно получение многослойного покрытия, то вследствие медленного процесса Формирования слоя, получать покры- " тие таким способом становится нецелесообразным. Несмотря на то, что в предлагаемом способе, как и в известном,происходит налипание легирующего металла на стенках труб внаиболее холодной зоне, в предлагаемом перерасход легирующихметаллов. все же меньше, что обусловлено отказом от ввода в расплавгеттера, который также как и стенки труб покрывается осаждаемым 10 легирующим металломКроме того,благодаря покрытию стенок трубнитридом титана, осаждающийся металллегко снимается с них.Сравнительные данные получения 15 металлических покрытий даныьв таблице. Как видно иэ таблицы,происходит ускорение получения металличес-. 20 ких покрытий.Необходимо отметить, что притемпературах ниже 500; получает-, ся некачественное покрытие вследствие того, что между металлом 25 покрываемого изделия и покрытием получается плохое сцепление,при температурах выше 700 ОС изменяется структура покрываемогоизделия, что снижает его механиЗо ческие свойства. Кроме того, междуслоем покрытия и металлом изделияв некоторых случаях образуетсяхрупкая интерметаллическая прослойка, что также ухудшает механическиесвойства изделия.Экономический эффект от использования предлагаемого способа ориен,тировочно составит 1900 руб. в год.Предлагаемый способ может. найтиширокое применение в различных об ластях приборо-и машиностроения,гидропневмоарматуростроении, а также для ремонтно-восстановительныхопераций изношенных деталей.