PL219628B1 - Sposób wytwarzania powłoki niskotarciowej o zwiększonej przyczepności do podłoży stalowych i żeliwnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania powłoki niskotarciowej o zwiększonej przyczepności do podłoży stalowych i żeliwnych.

Znany jest, z japońskiego zgłoszenia patentowego nr JP19970278099, sposób wytwarzania niskotarciowej powłoki z dwusiarczku molibdenu poprzez rozpylanie tarczy z dwusiarczku molibdenu przy dwu różnych ciśnieniach roboczych, przy czym na początku procesu stosuje się wyższe ciśnienie dla osadzenia podwarstwy adhezyjnej z dwusiarczku molibdenu, na którą przy niższym ciśnieniu osadza się właściwą powłokę niskotarciową, również z dwusiarczku molibdenu.

Z opisu patentowego zgłoszenia nr WO1996GB01718 jest znany sposób osadzania na podłożu stalowym powłoki nanoszonej z tarczy spiekanej z proszków dwusiarczku molibdenu oraz drugiej tarczy z czystego metalu przejściowego (tytanu), przy czym dla poprawy adhezji najpierw rozpyla się tarczę z czystego metalu dla usunięcia z komory roboczej pary wodnej i siarki oraz wytworzenia podwarstwy adhezyjnej, a następnie nanosi powłokę w obecności par metalu przejściowego, uzyskując powłokę niskotarciową z dwusiarczku molibdenu z wbudowanymi atomami metalu o zawartości do 18% atomowych.

Z opisu patentowego DE 4414051 jest znane wytwarzanie powłok niskotarciowych z siarczków molibdenu o grubości do 2 ąm z poprawiającymi adhezję podwarstwami z fazy krzemku chromu lub czystego chromu o grubościach do 1 ąm.

Natomiast z opisu patentowego zgłoszenia nr US19990358818 jest znana technologia duplexowej obróbki stali, polegająca na wytworzeniu azotowanej warstwy dyfuzyjnej poprzez azotowanie w plazmie wyładowania jarzeniowego oraz następującym po niej wytworzeniu twardej powłoki z azotków, węglików lub węglikoazotków metali przejściowych jak Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta lub Cr metodą fizycznego osadzenia z fazy gazowej. Wytworzone w ten sposób powłoki wykazują wprawdzie znakomitą adhezję powłok do podłoży, a wyroby pokryte tymi powłokami cechuje wysoka odporność na zużycie i utlenianie w podwyższonych temperaturach, ale powłoki te, co oczywiste, nie posiadają właściwości niskotarciowych.

W opisie zgłoszenia patentowego JPS 63289374 ujawniono sposób wytwarzania kompozytowych warstw metalicznych z niklu lub żelaza z wtrąceniami z dwusiarczku molibdenu lub wolframu na powierzchni części maszyn i narzędzi ze stali w celu poprawy właściwości ściernych materiału i przedłużenia jego żywotności. Obrabiane elementy powleka się warstwami kompozytowymi na drodze elektrolitycznej lub na drodze chemicznej.

Z polskiego opisu patentowego nr 149444 jest znany sposób wytwarzania warstw o niskim współczynniku tarcia na powierzchni części maszyn i narzędzi, w którym na obrabianą część nanosi się wpierw warstwę dwusiarczku wolframu i/lub molibden, a następnie część tę poddaje azotonasiarczaniu. Warstwę dwusiarczku wolframu i/lub molibdenu nanosi przez natryskiwanie zawiesiną lub zanurzenie w koloidalnej zawiesinie dwusiarczku wolframu i/lub molibdenu, zawierającej 0,1-50% masowych dwusiarczku wolframu i/lub molibdenu.

Sposób wytwarzania powłoki niskotarciowej o zwiększonej przyczepności do podłoży stalowych i żeliwnych, z wykorzystaniem procesu azotonasiarczania i procesu nanoszenia powłoki z siarczku molibdenu lub wolframu, według wynalazku polega na tym, że najpierw powierzchnię obrabianego elementu poddaje się azotonasiarczaniu, a następnie na powstałą warstwę siarczków żelaza nanosi się, na drodze fizycznego osadzania z fazy gazowej, powłokę z siarczku molibdenu lub wolframu. Na warstwę siarczków żelaza nanosi się powłokę z siarczku molibdenu lub wolframu wzbogaconą mieszaniną tytanu z wolframem lub molibdenem użytą w ilości do 15% atomowych całkowitego składu powłoki. Stosuje się mieszaninę tytanu z wolframem lub molibdenem, w której stosunek atomowy tytanu do wolframu lub molibdenu wynosi odpowiednio od 0,1 do 0,9.

W sposobie według wynalazku możliwe jest nanoszenie powłoki niskotarciowej na wcześniej obrobioną cieplno-chemicznie powierzchnię podłoża przy zastosowaniu nawet najprostszego wyposażenia napylarki, czyli pojedynczego magnetronu, bez konieczności wytwarzania podpowłok adhezyjnych.

W sposobie według wynalazku, atomy siarki występujące zarówno w twardej warstwie azotonasiarczanej jak i powłoce niskotarciowej zapewniają bardzo dobrą przyczepność pomiędzy wymienionymi elementami systemu powłokowego, zaś sama powłoka charakteryzuje się zwartą strukturą, bez defektów i o bardzo drobnych krystalitach. Dodatkowo wprowadzenie w etapie osadzania dwusiarczku molibdenu lub wolframu atomów dwóch różnych pierwiastków tj. tytanu i wolframu lub tytanu i molibdenu wpływa korzystnie na trwałość powłoki w trakcie eksploatacji.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

PL 219 628 B1

P r z y k ł a d I.

Krzywkę wykonaną ze stali 38HMJ poddano azotonasiarczaniu gazowemu w temperaturze 833 K w czasie 25,2 ks i otrzymano warstwę dyfuzyjną ze strefą nasiarczania zewnętrznego. Następnie, krzywkę umieszczono w komorze próżniowej napylarki magnetronowej i po wykonaniu czyszczenia w wyładowaniu jarzeniowym osadzono powłokę stosując jedno źródło magnetronowe z tarczą wykonaną ze spiekanego proszku dwusiarczku molibdenu. Otrzymano powłokę o grubości 3,5 gm, bardzo niskim współczynniku tarcia 0,08 i wysokiej adhezji do podłoża.

P r z y k ł a d II.

Krzywkę z przykładu I, po azotonasiarczaniu prowadzonym jak w przykładzie I i oczyszczeniu w wyładowaniu jarzeniowym, metodą ablacji laserowej, wykorzystując tarczę spiekaną z mieszaniny proszków z dwusiarczku molibdenu, czystego tytanu oraz czystego wolframu, pokryto powłoką o grubości 3 gm zawierającą siarczek molibdenu oraz po 1% atomowym tytanu i wolframu. Otrzymana powłoka posiadała niski współczynnik tarcia 0,05 i bardzo dobrą adhezję do podłoża.

P r z y k ł a d III.

Tuleję cylindrową wykonaną z żeliwa sferoidalnego EN-GJS 500 10 poddano azotonasiarczaniu gazowemu w temperaturze 813 K w czasie 21,6 ks. Następnie tuleję umieszczono w komorze próżniowej wyposażonej w anodę ze stali 316L w postaci pręta oraz w magnetron prętowy z targetem wykonanym ze spieczonego dwusiarczku wolframu. Tuleję najpierw umieszczono współśrodkowo względem anody i oczyszczono jej wewnętrzną powierzchnię w wyładowaniu jarzeniowym wzbudzonym wewnątrz tulei. Po oczyszczeniu tuleję umocowano współśrodkowo względem targetu z dwusiarczku wolframu i na jej wewnętrznej powierzchni osadzono powłokę z siarczku wolframu o grubości 2,5 gm, o niskim współczynniku tarcia 0,07 i bardzo dużej przyczepności do podłoża.

P r z y k ł a d IV.

Tuleję z przykładu III, po azotonasiarczaniu prowadzonym jak w przykładzie III, wykorzystując target magnetronu prętowego ze spiekanej mieszaniny proszków z dwusiarczku wolframu, czystego tytanu i czystego molibdenu, pokryto powłoką niskotarciową zawierającą dwusiarczek wolframu oraz 13% atomowych tytanu i 2% atomowych molibdenu. Otrzymana powłoka posiadała niski współczynnik tarcia 0,08 i wysoką adhezję do podłoża.

P r z y k ł a d V.

Na koło ślimakowe przekładni wykonane ze stali 33H3MF, po azotonasiarczaniu prowadzonym jak w przykładzie I, osadzono powłokę przy użyciu trzech magnetronów płaskich z różnymi tarczami: jednej, wykonanej z dwusiarczku molibdenu, drugiej - z czystego tytanu oraz trzeciej z czystego wolframu. Otrzymano powłokę niskotarciową zawierającą siarczek molibdenu oraz 1% atomowy tytanu oraz 6% atomowych wolframu, o bardzo niskim współczynniku tarcia 0,05 i bardzo wysokiej adhezji do podłoża.

P r z y k ł a d VI.

Koło ślimakowe z przykładu V, po azotonasiarczaniu prowadzonym jak w przykładzie I, postępując jak w przykładzie V pokryto powłoką niskotarciową wykorzystując dwie tarcze do magnetronów: jedną ze spieczonej mieszaniny proszków dwusiarczku wolframu i tytanu oraz drugą z czystego molibdenu. Osadzona powłoka, zawierająca siarczek wolframu oraz po 5% atomowych tytanu i molibdenu, charakteryzowała się niskim współczynnikiem tarcia 0,06 i dużą przyczepnością do podłoża.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania powłoki niskotarciowej o zwiększonej przyczepności do podłoży stalowych i żeliwnych, z wykorzystaniem procesu azotonasiarczania i procesu nanoszenia powłoki z siarczku molibdenu lub wolframu, znamienny tym, że najpierw powierzchnię obrabianego elementu poddaje się azotonasiarczaniu, a następnie na powstałą w wyniku azotonasiarczania warstwę siarczków żelaza nanosi się, na drodze fizycznego osadzania z fazy gazowej, powłokę z siarczku molibdenu lub wolframu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na warstwę siarczków żelaza nanosi się powłokę z siarczku molibdenu lub wolframu wzbogaconą mieszaniną tytanu z wolframem lub molibdenem użytą w ilości do 15% atomowych całkowitego składu powłoki.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się mieszaninę tytanu z wolframem lub molibdenem, w której stosunek atomowy tytanu do wolframu lub molibdenu wynosi odpowiednio od