способ нанесения покрытий на металлические изделия

Формула изобретения

Способ нанесения покрытий на металлические изделия, включающий помещение изделия в реакционную камеру, заполненную рабочей жидкостью, и нагрев поверхности изделия токами высокой частоты, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости применяют бис-ареновые соединения хрома, нагрев поверхности изделия осуществляют до температуры, лежащей внутри диапазона температур распада соответствующего бис-аренового соединения, причем жидкость в процессе образования покрытия принудительно перемешивают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении для создания твердых износостойких покрытий на деталях машин и на инструменте. Примером использования изобретения может служить нанесение покрытий, состоящего из хрома, на стальные матрицы и штампы.

В основу способа нанесения покрытий положено термическое разложение металлоорганических соединений в паровой фазе на нагретой поверхности изделия с выделением металлов и карбидов и осаждением их на изделии [1] Согласно принятому способу, в различных его реализациях жидкое металлоораническое соединение переводится в паровую фазу и подается в вакуумированную реакционную камеру, содержащую нагретые до определенной температуры изделия, на которых происходит разложение металлоорганического соединения с образованием карбидо-металлического покрытия на поверхности изделия.

Недостатками известного способа являются плохая воспроизводимость свойств получаемого покрытия, неодинаковая толщина слоя покрытия в разных местах изделия, а также большой расход сырья, так как покрытие образуется не только на изделиях, но и на вспомогательных элементах внутри реакционной камеры. Эти недостатки отчасти связаны со сложностью контроля химического состава пара металлоорганического соединения на стадии его образования из жидкости, а отчасти с тем, что зона испарения металлоорганического вещества и его распада на поверхности изделия пространственно разделены.

Ближайшим техническим решением является способ газовой цементации в жидких органических средах с нагревом изделия токами высокой частоты [2] В этом способе изделие помещают в сосуд с жидким органическим веществом, нагревают поверхность изделия токами высокой частоты до образования вокруг детали слоя паров органического вещества, из которого углерод диффузионно проникает внутрь изделия, насыщая его приповерхностный слой.

Недостатками последнего способа является то, что в результате данной технологической операции твердая и износостойкая поверхность получается не сразу. Требуется проведение последующей термической обработки закалки и отпуска, чтобы достичь необходимой твердости и износостойкости. Кроме того, этот способ не позволяет восстанавливать и наращивать изношенную поверхность изделия.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса нанесения упрочняющих износостойких покрытий, снижение расхода сырья и энергии и получение воспроизводимых механических свойств покрытия.

Технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытий на металлические изделия, включающим помещение изделия в реакционную камеру, заполненную рабочей жидкостью, и нагрев поверхности изделия токами высокой частоты, в качестве рабочей жидкости используют бис-ареновые соединения хрома, например бис-этилбензохромом или бис-изопропилбензохромом, температуру поверхности изделия поддерживают при значении, лежащим внутри диапазона температур распада соответствующего бис-аренового соединения, причем жидкость в процессе образования покрытия принудительно перемешивают.

На чертеже показан вариант конструктивного выполнения устройства для реализации способа нанесения покрытий на металлические изделия.

Устройство для нанесения покрытий на металлические изделия содержит реакционную камеру 1 из диэлектрического материала, индуктор 2, генератор высокочастотных токов 3. В реакционную камеру наливают жидкое металлоорганическое соединение 4, в котором находится покрываемое изделие 5, укрепленное на опорах из непроводящего материала 6.

Способ нанесения покрытий на металлические изделия осуществляется следующим образом.

Металлическое изделие 5 помещают в реакционную камеру 1, заполненную одним из бис-ареновых соединений хрома, например бис-этилбензолхромом или бис-изопропилбензолхромом. Реакционную камеру располагают внутри индуктора 2 высокочастотной индукционной печи и включают генератор высокой частоты 3. Вихревые токи, возбужденные в приповерхностном слое металлического изделия, нагревают его, причем максимальная температура имеет место на поверхности изделия, контактирующей с жидким бис-ареновым соединением хрома. При достижении на поверхности изделия температуры кипения металлоорганического соединения вокруг изделия образуется слой пара. Температура пара определяется мощностью, идущей на нагрев изделия и слоя пара вокруг него. В настоящем способе она является управляющим параметром и устанавливается такой, при которой получается наиболее износостойкое покрытие.

Распад бис-ареновых соединений хрома происходит в диапазоне температур от 380^oC до 500^oC. В этом температурном диапазоне из парового слоя поверхности изделия осаждаются продукты распада бис-ареновых соединений - чистый хром, карбид хрома, углерод и карбида некоторых примесных металлов, которые содержатся в исходной жидкости. Меняя температуру поверхности изделия в пределах указанного диапазона температур распада конкретного бис-аренового соединения, можно регулировать концентрацию карбида хрома и изменять состав и структуру образовавшегося слоя, добиваясь таким образом наибольшей износостойкости. Ориентировочное значение оптимальной температуры поверхности изделия, погруженного в жидкий бис-этилбензолхром, составляет 420^oC - 450^oC. Более точное значение выбирается в процессе предварительной настройки, так как состав исходного жидкого бис-аренового соединения хрома, постоянный внутри партии поставки, может изменяться от партии к партии.

Длительность работы генератора токов высокой частоты определяет толщину получаемого покрытия от нескольких микрон до десятых долей миллиметра. Удобным устройством для нагрева изделий при нанесении покрытий из жидких бис-ареновых соединений хрома может служить установка для закалки токами высокой частоты ВЧИ-10/0,44 мощностью 10 кВт, позволяющая нагреть стальное изделие до температуры поверхности около 500^oC, что хорошо согласуется с требуемым температурным диапазоном для распада бис-ареновых соединений хрома.

В процессе нанесения покрытий паровой слой обедняется продуктами распада металлоорганического соединения, что уменьшает скорость нанесения покрытия. Предлагаемое техническое решение предусматривает принудительное перемешивание жидкости в реакционной камере, что способствует получению однородного по поверхности изделия покрытия, повышает скорость его образования и делает состав покрытия воспроизводимой функцией температуры поверхности изделия.

Предлагаемый способ, кроме упрощения процесса нанесения покрытия на металлические изделия, позволяет значительно уменьшить расход энергии и рабочей жидкости, так как согласно данному способу нагревается не все изделие и не вся жидкость, а только область их соприкосновения; увеличить производительность технологического процесса и качество покрытия благодаря перемешиванию жидкости и достичь наибольшей износостойкости путем осуществления процесса при температуре поверхности изделия, оптимальной для конкретного бис-аренового соединения хрома.