Способ нанесения углеродного покрытия

Способ относится к области металлургии и может быть использован для нанесения углеродных покрытий путем термического разложения углеродосодержащих соединений на поверхности материала.

Известен способ нанесения защитных покрытий (патент РФ №2048607 опуб. 20.11.1995) состоящий из нанесения изоструктурного алмазного подслоя на защищаемые элементы перед выращиванием алмазоподобной пленки и инициировании и поддержании СВЧ-разряда на частоте резонансного поглощения углеводородной смеси для получения алмазоподобной пленки.

Недостатком способа является сложность осуществления способа из-за предварительного выращивания алмазоподобной пленки и использование специального СВЧ оборудования для осуществления предлагаемого способа.

Наиболее близким к заявленному по своей технической сущности и достигаемому результату является способ получения углеродного покрытия (А.с. СССР №1175906 опуб. 30.08.85 Бюл. №32) на поверхности изделий путем термообработки изделия в потоке газообразного углеводорода, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры термообработки, поверхность изделий предварительно обрабатывают 2-25 мас. %-ным водным ратвором нитрата никеля или железа, а термообработку ведут при 400-600°С в течении 5-60 мин, причем в качестве углеводородов используют по крайней мере один газообразный углеводородов из ряда С₂-С₄ или жидкий углеводород с температурой кипения ниже 250°С

К недостаткам способа можно отнести сложность осуществления способа, т.е. предварительную обработку изделия раствором нитрата никеля или железа, подбор углеводорода удовлетворяющего вышеприведенным условиям.

Задачей изобретения является упрощение процесса нанесения покрытия.

Решение поставленной задачи достигают тем, что Способ нанесения углеродного покрытия на поверхности изделия с дальнейшей его термообработкой. В качестве углеродного покрытия используют углекислый газ путем пропускания его через активированный уголь при температуре 800-1000°С, и нанесением на изделие при температуре 400-600°С, с последующей обработкой в инертной атмосфере при той же температуре до получения плотного покрытия Сущность способа заключается в следующем.

Способ основан на реакции Буду ара-Белла:

Реакция обратимая. Температура равновесия ~700°С. Выше этой температуры равновесие реакции сдвинуто в право и образуется в основном СО, при температурах ниже 700°С образуется С и СО₂.

Нижний предел температуры газа СО 800°С выбран в связи с получением плотного покрытия при соотношении СО/CO₂ ≈ 8,7. При снижении температуры до 700°С константа равновесия реакции (1) становится равной 1 и СО в газовой фазе практически отсутствует.

Верхний предел температуры газа СО 1000°С выбран в связи с тем, что содержание СО в газовой фазе выше 1000°С достигает 100% и не изменяется с повышением температуры, при этом покрытие полученное при температурах выше 1000°С получается рыхлым, легко отделяемым.

Нижний предел температуры реакции (1) 400°С связан с практически 100% содержанием СО₂ в продуктах обратной реакции ниже 400°С ввиду слабой кинетики обратной реакции, при этом получение покрытия невозможно.

Верхний предел температуры реакции (1) 600°С связан со слабым содержанием СО в газовой фазе и при соотношении СО/СО₂ ≈ 0,35 сравнительно высоким содержанием сажистого углерода. При 700°С содержание СО и CO₂ практически сравнивается и сажистый углерод в продуктах реакции отсутствует.

Для получения углеродного покрытия по заявленному способу использовали установку (фиг.).

Через емкость 1 нагретую до температуры 800-1000°С пропускают углекислый газ (CO₂) через патрубок 2. В емкость загружен активированный уголь. Полученный по прямой реакции (1) СО попадает в емкость 3, к одной стороне которой присоединено изделие 4 охлаждаемое до температуры 400-600°С. На поверхности изделия идет обратная реакция (1) т.е. разложение СО на С и CO₂ и осаждение углерода на поверхности изделия. Излишек CO₂ удаляется через патрубок 5. Толщина покрытия определялась временем пребывания изделия в процессе осаждения углерода. После чего изделие отжигалось в печи в инертной атмосфере при 400-600°С до получения плотного покрытия.

Пример 1-6.

В установку фиг. 1 загружали активированный уголь, закрепляли изделие на емкости 3. Нагревали уголь и изделие до требуемой температуры и пропускали углекислый газ через активированный уголь. После нанесения покрытия изделие отжигали в инертной атмосфере до получения плотного покрытия.

Приведенные примеры не ограничивают возможность осуществления нового способа при других температурах осаждения, но в заявляемых интервалах 400-600°С и температурах газа СО от 800-1000°С.