способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий
Классы МПК: | C23C16/18 из металлоорганических соединений |
Автор(ы): | Васин В.А., Невровский В.А., Соколов В.Ф., Юрченко А.Д. |
Патентообладатель(и): | Васин Владимир Алексеевич, Невровский Виктор Александрович, Соколов Василий Федорович, Юрченко Александр Дмитриевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-10-01 публикация патента:
27.06.2001 |
Способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий путем пиролиза металлизационного состава в вакууме включает подачу металлизационного состава, содержащего хроморганическую жидкость, поступательное движение изделия через первую и вторую зоны осаждения со скоростью 0,8 - 1,0 м/ч от первой зоны осаждения ко второй зоне осаждения при непрерывном повышении температуры в течение 8 - 12 мин от 340 до 360oC в первой зоне осаждения и от 540 до 560oC во второй зоне, движение потока пара металлизационного состава и его откачка производится вдоль поверхности изделия, при этом в первую зону осаждения одновременно с парами хроморганической жидкости подают пары дииоддифенила, а во вторую - пары бензилбензоата. Кроме того, пары дииоддифенила подают со скоростью 3
10-4 - 5
10-4 л/ч, пары бензилбензоата - со скоростью 1,5
10-3 - 3
10-3 л/ч, пары металлизационного состава откачивают со скоростью 1,1
104 - 1,8
104 л/ч, а в качестве хроморганической жидкости используют хроморганическую жидкость "Бархос". Технический результат изобретения заключается в получении коррозионно-стойких и износостойких покрытий, прочно сцепленных с подложкой, а также в упрощении способа путем исключения последующей термической обработки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
Формула изобретения
1. Способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий путем пиролиза металлизационного состава в вакууме, включающий подачу металлизационного состава, содержащего хроморганическую жидкость, поступательное движение изделия через первую и вторую зоны осаждения, движение потока пара металлизационного состава вдоль поверхности изделия, отличающийся тем, что в первую зону осаждения одновременно с парами хроморганической жидкости подают пары дииоддифенила, а во вторую - пары бензилбензоата, изделие перемещают со скоростью 0,8 - 1,0 м/ч от первой зоны осаждения ко второй зоне осаждения, пары металлизационного состава откачивают вдоль поверхности изделия в направлении его движения, при этом температуру поверхности изделия непрерывно повышают в течение 8 - 12 мин от 340 до 360oC в первой зоне осаждения и от 540 до 560oC во второй зоне. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пары дииоддифенила подают со скоростью 3![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении для создания на внешней поверхности длинномерных, преимущественно цилиндрических изделий, твердых износо- и коррозионно-стойких защитных покрытий. Примером использования изобретения может служить нанесение покрытий, состоящих из хрома и карбида хрома, на трубы и другие изделия цилиндрической формы. Разновидностью использования этого способа является нанесение карбидохромовых покрытий на тепловыделяющие элементы (твэлы) ядерных реакторов, в результате чего покрытие предохраняет твэлы от осаждения на них продуктов радиационно-термического разложения органических теплоносителей. В основу способа нанесения защитного покрытия положено пиролитическое разложение паров хроморганической жидкости "Бархос" (Ту-6-01-1-1149-78) на нагретой поверхности длинномерных деталей типа труб, протягиваемых через зону осаждения покрытия [1]. Согласно принятому способу жидкое металлоорганическое соединение переводится в паровую фазу и подается в вакуумированную реакционную камеру, содержащую нагретое до определенной температуры изделие, на поверхности которого происходит разложение металлоорганического соединения с образованием покрытия, состоящего из сложной смеси хромовой и карбидо-хромовой фаз. Изделие перемещается специальным механизмом, проходя через зону осаждения покрытия. Недостатком известного способа является невозможность получения в одном технологическом процессе сочетания ряда положительных свойств покрытия. В частности, необходимы высокая микротвердость покрытия, малая шероховатость его наружной поверхности, что требует присутствия в покрытии значительных количеств карбида хрома, и одновременно высокая пластичность и прочность сцепления покрытия с подложкой, что требует преобладания чистого хрома в этой части покрытия. Этот недостаток отчасти связан с тем, что состав покрытия (в том числе процент углерода в нем) зависит от температуры поверхности изделия, на которой происходит пиролиз пара металлоорганического соединения. Поддерживая температуру изделия постоянной в процессе образования покрытия, получают покрытие, в котором по всей толщине соотношение хрома и карбида хрома практически постоянно, а значит удовлетворить взаимно противоречивые требования к содержанию карбидов невозможно. Ближайшим техническим решением является способ нанесения покрытий в двух пространственно разделенных зонах осаждения, обеспечивающих последовательное нанесение на изделие двух слоев покрывающих материалов, образующих композиционное покрытие типа хром-карбид хрома [2]. В этом способе защитное покрытие наносится при поступательном движении изделия через две зоны осаждения, в которые подают два различных металлизационных состава, и поток паров металлизационных составов движется вдоль поверхности изделия. Так как температура изделия в двух зонах осаждения различна, то данный способ позволяет получать два слоя покрытия с различным содержанием карбидов хрома в каждом слое. Использование различных составов металлоорганической жидкости в принципе расширяет возможности регулирования состава каждого слоя. Недостатком известного способа является образование при пиролизе применяемых металлизационных составов на основе хроморганической жидкости "Бархос" при температурах 450 - 500oC слоистой структуры покрытия, состоящего из чередующихся параллельно подложке тонких прослоек хрома и карбида хрома с различным содержанием углерода, что приводит к внутренним напряжениям в слое покрытия. Если слой карбида хрома оказывается у подложки, то защитные свойства покрытия резко снижаются, так как высокая хрупкость этого слоя может привести к растрескиванию и отслаиванию покрытия при возможных деформациях изделия. Применявшиеся в известном способе добавки к "Бархосу", такие, например, как гексахлорбензол, способствуют созданию у подложки столбчатой структуры покрытия. Все это приводит к необходимости дополнительной операции вакуумного отжига изделия при температуре 800oC. Однако не все материалы подложки позволяют проводить такой отжиг. Очевидно, он недопустим в случае применения в качестве подложки, например, алюминиевых сплавов. Техническим результатом изобретения является получение двухслойного карбид-хромового покрытия со слоем хрома, прилегающим к подложке, без последующей термической обработки. Технический результат достигается тем, что способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий путем пиролиза металлизационного состава в вакууме включает подачу металлизационного состава, содержащего хроморганическую жидкость, поступательное движение изделия через первую и вторую зоны осаждения со скоростью 0,8 - 1,0 м/ч от первой зоны осаждения ко второй зоне осаждения при непрерывном повышении температуры в течение 8-12 мин от 340 до 360oC в первой зоне осаждения и от 540 до 560oC во второй зоне, движение потока пара металлизационного состава и его откачка производится вдоль поверхности изделия, при этом в первую зону осаждения одновременно с парами хроморганической жидкости подают пары дииоддифенила, а во вторую - пары бензилбензоата. Кроме того, пары дииоддифенила подают со скоростью 3![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
![способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность длинномерных металлических изделий, патент № 2169793](/images/patents/302/2169004/8226.gif)
- испытание покрытия на растрескивание при деформации подложки (испытание трубчатых образцов на разрыв внутренним газовым давлением при температуре 300oC);
- автоклавные испытания макетных образцов твэлов при температуре органического теплоносителя 300 - 350oC и давлении 1,5 - 2,0 МПа в течение 300 - 1000 часов. Результаты испытаний показывают, что предложенная схема осаждения карбидохромового покрытия и заявляемые режимы обеспечивают положительный технический результат. Изучение состава и структуры покрытия показало, что непосредственно у подложки имеется слой хрома с малым содержанием углерода, что и объясняет отсутствие растрескивания и отслаивания покрытия при деформационных испытаниях. Наличие значительных количеств карбида хрома в наружном слое пиролитического покрытия делает его более гладким и устойчивым в химическом отношении к продуктам радиационно-теплового разложения органического теплоносителя. Предлагаемый способ позволяет получать коррозионно-стойкие и износостойкие покрытия на цилиндрических деталях, прочно сцепленные с подложкой, без проведения дополнительных операций высокотемпературного отжига. Литература
1. Применение металлоорганических соединений для получения неорганических покрытий и материалов // Под ред. Г.А. Разуваева - М.: Наука, 1986, с. 195. 2. Защитное покрытие из пиролитического хрома. Технология, свойства, результаты испытаний и применение. Препринт НИИАР. Димитровград, 1994, с. 5.
Класс C23C16/18 из металлоорганических соединений