25.08.2017
217.015.b570

ЖАРОСТОЙКОЕ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ ЕГО НАНЕСЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей с повышенной жаростойкостью. В жаростойком металлокерамическом покрытии, состоящем из чередующихся слоев тугоплавких окислов металлов, разделенных компенсационными слоями пластичного металла, слои тугоплавких окислов дополнительно содержат не более 40% пластичного металла, а компенсационные слои дополнительно содержат не более 20% тугоплавких окислов. Каждый компенсационный слой пластичного металла выполнен толщиной не более 100 нм и в 1,5-20 раз меньше толщины слоя керамики. В качестве тугоплавких окислов может использоваться оксид гафния или оксид циркония, а компенсационные слои содержат до 50% редкоземельных металлов. Чередующиеся оксидные и компенсационные слои напыляют с плавным изменением состава. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей с повышенной жаростойкостью.

Известен способ нанесения защитного эррозионно-стойкого покрытия, который включает плазменное напыление на поверхность изделия металлического подслоя из сплава на никелевой основе и последующее нанесение керамического покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, путем послойного плазменного напыления (Патент РФ N 2260071, МПК С23С 4/04, С23С 4/12, приор. от 30.09.2004, опубл. 10.09.2005).

Однако покрытие, получаемое по известному способу, принятому за прототип, имеет низкую адгезионную прочность.

Известно также жаростойкое металлокерамическое покрытие, состоящее из чередующихся слоев тугоплавких окислов металлов, разделенных компенсационными слоями пластичного металла, причем компенсационные слои выполняют из тех же металлов, окислы которых составляют основу тугоплавких металлокерамических слоев, а состав компонентов подбирается таким образом, что коэффициент термического расширения покрытия и основы отличается не более чем на 15% (Патент РФ N 2309194, МПК С23С 14/34, приор. от 11.01.2005, опубл. 27.10.2007), который принят за прототип.

Однако покрытие, получаемое по известному способу, принятому за прототип, имеет повышенную хрупкость.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности и жаростойкости покрытия.

Поставленная техническая задача решается тем, что в жаростойком металлокерамическом покрытии, состоящем из чередующихся слоев керамики из тугоплавких окислов, разделенных компенсационными слоями пластичного металла, согласно предложенному изобретению слои керамики дополнительно содержат не более 40% пластичного металла, а компенсационные слои дополнительно содержат не более 20% тугоплавких окислов, при этом каждый компенсационный слой пластичного металла выполнен толщиной не более 100 нм и в 1,5-20 раз меньше толщины слоя керамики.

Кроме того, в качестве тугоплавких окислов используется оксид гафния или оксид циркония, а компенсационные слои содержат до 50% редкоземельных металлов.

Кроме того, чередующиеся оксидные и компенсационные слои выполнены с плавным изменением состава.

Способ получения жаростойкого металлокерамического покрытия по п. 1, заключающийся в том, что предварительно производят механическую очистку поверхности изделия, осуществляют ионную очистку внешней поверхности изделия, затем нагревают изделие до заданной температуры, наносят подслой из металла, идентичного металлу изделия, и наносят жаростойкое покрытие с чередующимися слоями металла и керамики посредством ионно-плазменного или магнетронного напыления, при этом регулируют соотношение компонентов в каждом слое в зависимости от заданных свойств слоев покрытия.

Технический результат заключается в повышении жаростойкости и прочности покрытия.

Предложенная совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет достичь как механической твердости, так и пластичности при малой толщине покрытия. Армирующие слои с повышенным содержанием металла позволяют исключить трещинообразование, сколы и хрупкое разрушение, повышают когезионную прочность покрытия. Наноструктурное состояние отдельных слоев повышает прочность получаемого покрытия, которая приближается к теоретической. При этом происходит плавное изменение свойств между слоями, что также повышает механические характеристики покрытия. Керамические слои дисперсно армируются металлическим компонентом, что значительно повышает их пластичность. При этом состав покрытия подбирается таким образом, что в процессе эксплуатации изделия металлические слои взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют керамику, которая залечивает микродефекты покрытия.

Способ получения жаростойкого металлокерамического покрытия заключается в том, что предварительно производят механическую очистку поверхности изделия, осуществляют ионную очистку внешней поверхности изделия, затем нагревают изделие до заданной температуры, наносят подслой из металла, идентичного металлу изделия, и наносят жаростойкое покрытие с чередующимися слоями металла и керамики посредством ионно-плазменного или магнетронного напыления, при этом регулируют соотношение компонентов в каждом слое в зависимости от заданных свойств слоев покрытия.

Заявляемый способ получения жаростойкого металлокерамического покрытия заключается в том, что сначала производят механическую очистку и ионную полировку внешней поверхности изделия. Затем напыляют сепарированными плазменными потоками в среде аргона (вакуум 2,5⋅10-3 мм рт.ст.) переходный подслой из металла, идентичного металлу изделия. В качестве такого металла выбирают, например, никель. После чего в камеру подают активный кислород.

В результате плазмохимических реакций образуется дисперсно-армированный слой с повышенным содержанием керамики толщиной до 100 нм при следующем процентном соотношении компонентов:

Керамика 60-100
Металл остальное

Затем, уменьшая подачу кислорода, напыляют пластичный армирующий компенсационный слой с пониженным содержанием керамики, причем толщина данного слоя в 1,5-20 раз меньше толщины слоя с повышенным содержанием керамики, при следующем процентном соотношении компонентов:

Металл 80-100
Керамика остальное

Последовательно напыляют чередующиеся слои с пониженным и повышенным содержанием керамики, при этом происходит плавное изменение свойств покрытия, что способствует увеличению его когезионной прочности.

При этом процентное соотношение компонентов всех слоев изменяют в зависимости от требуемых свойств. Все указанные выше интервалы толщин слоев выбраны исходя из экспериментальных исследований. При толщине слоев, выходящей за пределы указанных интервалов, наблюдается уменьшение прочности и надежности покрытия.

Примером реализации предлагаемого способа может служить процесс нанесения покрытия на серию лопаток газотурбинного двигателя из жаростойкого сплава ЖС6К.

Сначала производят механическую очистку поверхности изделия, после чего помещают его в вакуумную ионно-плазменную установку и создают вакуум 2⋅10-5 мм рт.ст. При помощи источника газовой плазмы производят электронный разогрев изделий до температуры 350°C. Производят ионную очистку и полировку, которая включает, по крайней мере, две стадии:

- предварительная очистка путем обработки тлеющим зарядом, ток дуги 200 А, ускоряющее напряжение 250 В, среда - аргон, вакуум 5⋅10-3 мм рт.ст., время обработки составляет 10-30 мин.

- финишная (ионная) очистка: нагрев до температуры 500°C, используется циркониевый катод, среда - аргон, вакуум 2,5⋅10-3 мм рт.ст., ток дуги 200 А, ускоряющее напряжение 350 В.

Затем напыляют сепарированными потоками (ток дуги 200 А, ускоряющее напряжение 250 В, вакуум 2,5⋅10-3 мм рт.ст., среда аргона) переходный подслой никеля толщиной 10 нм. После чего подают активный кислород. В результате плазмохимических реакций образуется дисперсно-армированный слой с повышенным содержанием керамики толщиной 50 нм, содержащий 20% никеля (Ni), 80% оксида гафния (HfO2).

Затем уменьшают подачу кислорода, увеличивают вакуум до 0,5⋅10-3 мм рт.ст. и таким образом получают пластичный армирующий компенсационный слой с пониженным содержанием керамики толщиной 10 нм, содержащий 90% никеля (Ni), 10% оксида гафния (HfO2).

Напыляют 100 чередующихся слоев с пониженным и повышенным содержанием керамики.

После нанесения покрытия были произведены испытания микротвердости, адгезионной прочности и пластичности методами индентирования, склерометрии и сканирующей электронной микроскопии. В качестве сравнения использовались образцы, полученные по способу-прототипу.

Проведенные испытания показали, что по сравнению с образцами, полученными по способу-прототипу, образцы, полученные по заявляемому способу, имеют на 24% более высокую микротвердость и выдерживают на 31% более высокую критическую нагрузку, вызывающую отслоение покрытия. Кроме того, высокотемпературные испытания показали увеличение жаростойкости в 1,4 раза. Таким образом, можно заключить, что заявляемый способ обеспечивает достижение технического результата.

Жаростойкое металлокерамическое покрытие может быть нанесено с помощью известных в технике средств. Следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Использование заявляемого способа обеспечивает повышение прочности и жаростойкости металлокерамических покрытий.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 13 items.
27.05.2013
№216.012.43e0

Устройство для обработки выглаживанием поверхностей вращения

Изобретение относится к обработке поверхностным пластическим деформированием, а именно к устройствам для обработки выглаживанием изделий в виде поверхностей вращения с использованием в качестве смазки остатков смазочно-охлаждающей жидкости, сохранившихся на поверхности изделия после предыдущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482953
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.09.2013
№216.012.6e02

Способ получения металлокерамических покрытий на поверхности зубных протезов

Изобретение относится к ортопедической стоматологии, и может быть использовано при изготовлении металлокерамических зубных протезов. Сущность способа получения металлокерамических покрытий на поверхности зубных протезов заключается в том, что перед нанесением слоя металла производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493813
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.07.2014
№216.012.de0b

Способ приготовления многокомпонентных газовых смесей

Изобретение относится к приготовлению многокомпонентных газовых смесей и может быть использовано в лазерной технике, химической промышленности, в частности для приготовления смеси из перфторалкилиодида и буферных газов и последующего заполнения различных рабочих емкостей. Способ включает напуск...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522629
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.12.2014
№216.013.1123

Способ защиты металлических труб от коррозии

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено для повышения коррозионной защиты металлических труб. Осуществляют вакуумно-диффузионное хромирование изделия, при этом сначала проводят струйно-абразивную обработку внутренней и внешней поверхности трубы, затем засыпают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535810
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.1258

Способ анализа износа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения характера и степени износа в парах трения. Сущность: на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания. Перед изнашиванием путем истирания производят ионную полировку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536119
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.3edd

Зубной протез и способ его изготовления

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности. В предлагаемом зубном протезе, содержащем полимерный каркас с нанесенным на него облицовочным покрытием, облицовочное покрытие состоит из промежуточного диффузионного слоя и верхнего облицовочного слоев, облицовочное покрытие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547581
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.08.2015
№216.013.6a5e

Способ нанесения жаростойкого металлокерамического покрытия на изделия из жаропрочных сплавов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей с повышенной жаростойкостью. Способ нанесения жаростойкого металлокерамического покрытия на изделие из жаропрочного сплава включает нанесение на поверхность упомянутого изделия чередующихся керамических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558783
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.09.2015
№216.013.78f6

Способ получения металлокерамических покрытий на поверхности зубных протезов

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и может быть использовано при изготовлении металлокерамических зубных протезов. Способ получения металлокерамических покрытий на поверхности зубных протезов заключается в том, что сначала производят струйно-абразивную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562555
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7901

Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено для ионно-плазменного упрочнения инструмента с размерами, превышающими габариты рабочей камеры установки.Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытия содержит камеру, катодные узлы, систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562566
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7903

Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для ионно-плазменного упрочнения инструмента с размерами, превышающими габариты рабочей камеры установки. Установка содержит вакуумную камеру, электродуговой испаритель с катодными узлами, которые установлены с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562568
Дата охранного документа: 10.09.2015
Showing 1-10 of 11 items.
20.07.2014
№216.012.de0b

Способ приготовления многокомпонентных газовых смесей

Изобретение относится к приготовлению многокомпонентных газовых смесей и может быть использовано в лазерной технике, химической промышленности, в частности для приготовления смеси из перфторалкилиодида и буферных газов и последующего заполнения различных рабочих емкостей. Способ включает напуск...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522629
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.12.2014
№216.013.1258

Способ анализа износа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения характера и степени износа в парах трения. Сущность: на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания. Перед изнашиванием путем истирания производят ионную полировку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536119
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.3edd

Зубной протез и способ его изготовления

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности. В предлагаемом зубном протезе, содержащем полимерный каркас с нанесенным на него облицовочным покрытием, облицовочное покрытие состоит из промежуточного диффузионного слоя и верхнего облицовочного слоев, облицовочное покрытие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547581
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.08.2015
№216.013.6a5e

Способ нанесения жаростойкого металлокерамического покрытия на изделия из жаропрочных сплавов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей с повышенной жаростойкостью. Способ нанесения жаростойкого металлокерамического покрытия на изделие из жаропрочного сплава включает нанесение на поверхность упомянутого изделия чередующихся керамических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558783
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.09.2015
№216.013.78f6

Способ получения металлокерамических покрытий на поверхности зубных протезов

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и может быть использовано при изготовлении металлокерамических зубных протезов. Способ получения металлокерамических покрытий на поверхности зубных протезов заключается в том, что сначала производят струйно-абразивную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562555
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7901

Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено для ионно-плазменного упрочнения инструмента с размерами, превышающими габариты рабочей камеры установки.Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытия содержит камеру, катодные узлы, систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562566
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7903

Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для ионно-плазменного упрочнения инструмента с размерами, превышающими габариты рабочей камеры установки. Установка содержит вакуумную камеру, электродуговой испаритель с катодными узлами, которые установлены с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562568
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.09.2015
№216.013.7b32

Способ получения защитных покрытий на поверхности зубных протезов

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и может быть использовано при изготовлении зубных протезов. Способ получения защитных покрытий на поверхности зубного протеза включает струйно-абразивную обработку внутренней поверхности и ионную полировку внешней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563135
Дата охранного документа: 20.09.2015
13.01.2017
№217.015.83db

Способ упрочнения режущего инструмента

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению режущих деталей машин и режущего инструмента. Способ упрочнения режущего инструмента включает нанесение на режущую поверхность износостойкого покрытия, при этом осуществляют предварительную струйно-абразивную обработку режущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601520
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.8621

Способ изготовления зубного протеза

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для использования при изготовлении зубных протезов. Изготавливают протез из полимерной композиции. Предварительно очищают и обеззараживают поверхность зубного протеза. Осуществляют ионную очистку внешней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603715
Дата охранного документа: 27.11.2016

Похожие РИД в системе