×
30.05.2019
219.017.6bc3

Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из нержавеющих хромоникелевых сталей

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области машино- и приборостроения, а именно к технологии оксидирования изделий конструкционного и медицинского назначения из нержавеющей хромоникелевой стали, например элементов запорной арматуры и внутрикостных имплантируемых конструкций. Способ включает размещение изделий в камере оксидирования, последующий индукционный нагрев при частоте тока на индукторе 100±20 кГц в воздушной атмосфере при давлении 0,1±0,01 МПа, выдержку и охлаждение. Процесс оксидирования проводят путем индукционного нагрева до температуры 800-850°С при величине тока индуктора 1,8-2,0 кА и удельной электрической мощности 95-110 кВт/кг, затем осуществляют выдержку при указанной температуре в течение 1,5-2 минут. Обеспечивается формирование на поверхности изделий конструкционного и медицинского назначения из нержавеющей хромоникелевой стали покрытий, характеризуемых микротвердостью 10,9±4,5 ГПа и модулем упругости 212±36 ГПа, состоящих из оксидов хрома и никеля, с помощью более производительного способа. 2 ил., 2 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области машино- и приборостроения, а именно к технологии оксидирования изделий конструкционного или медицинского назначения из нержавеющей хромоникелевой стали, например, элементов запорной арматуры и внутрикостных имплантируемых конструкций.

Коррозионную стойкость, твердость и износостойкость металлических изделий, в том числе из нержавеющей стали, повышают путем пассивации, а именно путем формирования оксидных пленок в результате взаимодействия поверхностного слоя с кислородосодержащей средой, кислотами и солями. Стали являются многокомпонентными, сплавами, поэтому в результате пассивации на их поверхности формируются оксиды хрома, железа, кремния и никеля [Rhodin T.N. Oxide Films on Stainless Steels // Corrision. - 1956. - 12 (3). - P. 41-53.].

Широкое распространение в качестве метода пассивации получили методы газотермического оксидирования. Структура и состав поверхности окисленного изделия зависят от состава исходной стали и условий оксидирования: температуры (соизмерима с температурой плавления стали), длительности (до сотни часов) и состава окислительной среды (кислород, пар, воздух). Известные газотермические технологии пассивации и формирования на нержавеющих сталях оксидных покрытий характеризуются значительной продолжительностью процесса и технологической сложностью, что способствует разработке новых методов формирования защитных оксидных покрытий на изделиях из нержавеющих сталей.

Известен способ паротермического оксидирования стальных изделий, согласно которому изделие, размещенное в кассете, загружают в реторту предварительно нагретой печи и закрывают крышкой. Реторту с изделием с помощью нагревателей прогревают до температуры 250-300°С. Затем реторта продувается перегретым паром с избыточным давлением 0,2-0,3 МПа и температурой не ниже 250°С до полного вытеснения из нее воздуха. По окончании продувки давление пара снижают до 0,1-0,2 МПа. Затем проводят нагрев кассеты до температуры 550-600°С. Изделие выдерживают при данной температуре в течение 30-120 минут. После выдержки выключают печь и в течение 20-30 минут осуществляют принудительное охлаждение реторты с изделием потоком сжатого воздуха до температуры 250-300°С. Затем кассету с оксидированным изделием выгружают из реторты для дальнейшего охлаждения на воздухе [патент RU на изобретение №2456370 / С.Н. Барабанов, Т.М. Конищева // Способ паротермического оксидирования стальных изделий и печь для его осуществления. - 2012].

Основными недостатками способа являются длительность и технологическая сложность процесса.

Известен также способ получения оксидного покрытия на чрескостных имплантатах, изготовленных из нержавеющей хромоникелевой стали марок 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т. Согласно способу имплантаты размещают в печи и проводят оксидирование путем нагрева в воздушной среде до температуры 300-600°С и последующей выдержки в течение 20-60 минут. Затем изделия охлаждают в той же среде до температуры 20-30°С. В результате на поверхности имплантатов образуются оксиды металлов, входящих в состав сплава [патент RU на изобретение №2412723 / И.В. Родионов, К.Г. Бутовский, В.В. Анников, А.И. Карпова // Способ получения оксидного биосовместимого покрытия на чрескостных иплантатах из нержавеющей стали. - 2011].

Основными недостатком способа является большая продолжительность процесса обработки.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ формирования оксидных покрытий на циркониевый изделиях, заключающийся в том, что изделие, предварительно очищенное от технологический загрязнений, помещают в керамическую камеру оксидирования, на внешней поверхности которой размещен водоохлаждаемый индуктор. Изделие подвергают бесступенчатому индукционному нагреву в воздушной атмосфере при давлении 0,1±0,01 МПа, частоте тока на индукторе 100±20 кГц и потребляемой удельной электрической мощности 100-140 кВт/кг до температуры 800-1000°С. Затем проводят выдержку при данной температуре в течение 3-5 минут и охлаждают до температуры 100°С и ниже. В результате на поверхности изделия образуется оксидное покрытие [патент RU на изобретение №2647048 / А.А. Фомин, И.В. Родионов, М.А. Фомина, В.А. Кошуро, А.В. Войко // Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из циркониевых сплавов. - 2017 (прототип)].

Основным недостатком способа является, то, что указанные режимы оксидирования не обеспечат формирования оксидных покрытий на нержавеющих сталях с высокими механическими свойствами, в частности твердостью.

Технической проблемой является необходимость создания производительного способа формирования оксидного покрытия на изделиях из нержавеющих хромоникелевой сталей.

Поставленная проблема решается тем, что индукционный нагрев до температуры 800-850°С проводят при величине тока 1,8-2,0 кА, удельной электрической мощности 95-110 кВт/кг, затем выдерживают при данной температуре в течение 1,5-2 минут.

Техническим результатом является формирование на поверхности изделий конструкционного и медицинского назначения из нержавеющей хромоникелевой стали покрытий, характеризуемых микротвердостью 10,9±4,5 ГПа и модулем упругости 212±36 ГПа, состоящих из оксидов хрома и железа, с помощью более производительного способа.

Изобретение поясняется графическими схемами, на которых представлены: рентгеновские дифрактограммы образцов из 12Х18Н10Т в исходном состоянии (фиг. 1) и с оксидными покрытиями, сформированными согласно предлагаемому способу (фиг. 2).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Изделие из нержавеющей стали, предварительно очищенное от технологических загрязнений, помещают в керамическую камеру оксидирования (повторяющую форму изделия). На внешней поверхности камеры размещен водоохлаждаемый индуктор, подключенный к источнику питания. Затем изделие подвергают бесступенчатому индукционному нагреву в воздушной атмосфере при давлении 0,1±0,01 МПа, при величине тока индуктора 1,8-2,0 кА, удельной электрической мощности 95-110 кВт/кг до температуры 800-850°С, затем выдерживают при данной температуре в течение 1,5-2 минут. Охлаждение изделия производится на воздухе до комнатной температуры.

Технологические режимы оксидирования были определены путем проведения исследований элементно-фазового состава и твердости поверхности образцов из стали 12Х18Н10Т методами энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного и рентгенофазового анализа, а также измерения твердости и модуля упругости метом инструментального нано-индентирования. Приведенные пределы значений технологических режимов оксидирования обеспечивают формирование на поверхности стали 12Х18Н10Т покрытия оксидов хрома и железа, обладающего высокой твердостью.

При подаче на индуктор тока частотой менее 80 кГц снижается электрический коэффициент полезного действия устройства индукционного нагрева и самого процесса обработки изделий данного типа. При подаче на индуктор тока частотой более 120 кГц не происходит улучшение эффективности процесса обработки и наблюдается снижение коэффициента мощности.

Предельные значения потребляемой удельной электрической мощности (95-110 кВт/кг) и тока индуктора (1,8-2,0 кА) обусловлены тем, что при величине удельной электрической мощности и тока менее 95 кВт/кг и 1,8 кА будет затруднен ускоренный нагрев стального изделия из-за потерь на излучение и конвекцию. При величине удельной электрической мощности более 110 кВт/кг и тока 2 кА увеличивается вероятность перегрева, и как следствие, температурной деформации изделия.

При значениях температуры нагрева менее 800°С и продолжительности процесса оксидирования менее 1,5 минут образуется тонкое оксидное покрытие, характеризуемое низкими значениями твердости. При значениях температуры нагрева более 850°С и продолжительности термообработки более 2 минут на поверхности нержавеющей стали образуются оксидные покрытия с невысокими показателями твердости и адгезионно-когезионной прочности. Происходит также растрескивание и отслоение значительного толстого оксидного слоя.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. Стержневой фиксатор для наружного чрезкостного остеосинтеза диаметром 4 мм и длиной 50 мм, изготовленный из стали 12Х18Н10Т, очищают от технологических загрязнений. Винтовую внутрикостную поверхность фиксатора помещают в керамическую камеру оксидирования и подвергают бесступенчатому индукционному нагреву в воздушной атмосфере при давлении 0,1±0,01 МПа, при величине тока индуктора 1,8 кА, удельной электрической мощности 95 кВт/кг до температуры 800°С, затем выдерживают при данной температуре в течение 1,5 минут. Охлаждение изделия производится на воздухе до комнатной температуры.

Пример 2. Запорная шторка в форме диска диаметром 14 мм и высотой 2,5 мм из стали 12Х18Н10Т очищается от технологических загрязнений и размещается в керамической камере и подвергается бесступенчатому индукционному нагреву в воздушной атмосфере при давлении 0,1±0,01 МПа, величине тока индуктора 2,0 кА, удельной электрической мощности 110 кВт/кг до температуры 850°С, затем выдерживают при данной температуре в течение 2 минут. Охлаждение изделия производится на воздухе до комнатной температуры.

Для подтверждения формирования оксидных покрытий в результате проведения обработки согласно предлагаемому способу, были проведены исследования контрольных и оксидированных согласно примеру 2 образцов. Исследование элементного состава поверхности осуществляли методом энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа (погрешность концентраций ±0,5%). Фазовый состав определялся с использованием рентгеновского дифрактометра Xcalibur/Gemini А, при использовании рентгеновской трубки с медным анодом (Cu-Kα излучение). Микротвердость и модуль упругости оксидных покрытий оценивались с использованием тестера механических свойств NANOVEA Ergonomic Workstation при нагрузке на индентор 10 мН (ГОСТ 8.748-2011, ISO 145771-2002).

Анализ элементного состава показал, что покрытия состоят из железа (31,7-64,8 ат. %), хрома (17,6-33,2 ат. %) и кислорода (7,0-27,1 ат. %). Исходная сталь состоит из α-железа (40,6%) и γ-железа (55,3%), имеется также небольшое количество оксида железа (Fe3O4 - 4,1%) (Фиг. 1). Проведение окисления, согласно предлагаемому способу, позволило сформировать покрытие, состоящее из оксидов хрома (CrO2 - 9,8%) и никеля (NiO - 1,2%), остальное α-железо (37;3%) и γ-железо (51,7%) (Фиг. 2). Формирование оксидного покрытия подтверждается также увеличением микротвердости с 2,8±0,8 до 10,9±4,5 ГПа и модуля упругости с 91±9 до 212±36 ГПа.

Из полученных результатов следует, что предложенный способ позволяет с высокой производительностью формировать оксидные покрытия, на поверхности изделий конструкционного и медицинского назначения из нержавеющей хромоникелевой стали.

Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из нержавеющих хромоникелевых сталей, включающий размещение изделий в камере оксидирования, последующий индукционный нагрев при частоте тока на индукторе 100±20 кГц в воздушной атмосфере при давлении 0,1±0,01 МПа, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что индукционный нагрев проводят при величине тока индуктора 1,8-2,0 кА, удельной электрической мощности 95-110 кВт/кг до температуры 800-850°С, а последующую выдержку осуществляют при указанной температуре в течение 1,5-2 минут.
Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из нержавеющих хромоникелевых сталей
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 164.
10.04.2016
№216.015.2f69

Жидкостекольная композиция

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к составам полимерсиликатных смесей, предназначенных для изготовления конструктивных элементов, работающих в условиях агрессивных сред. Техническим результатом является повышение водостойкости и биостойкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580539
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2fc2

Устройство для образования винтового профиля на стенках скважин под буронабивные сваи (дополнительное)

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, повышающим несущую способность буронабивных свай, и найдет применение при строительстве фундаментов зданий и сооружений. Устройство для образования винтового профиля на стенках скважин под буронабивные сваи, содержащее рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580120
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.309d

Способ обработки поверхности фторсодержащей резины

Изобретение относится к технологии поверхностной обработки фторсодержащей резины для крепления ее к фторполимерам и может быть использовано в производстве резинотехнических изделий для автомобильной промышленности. Способ обработки поверхности фторсодержащей резины для крепления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580722
Дата охранного документа: 10.04.2016
20.04.2016
№216.015.34f7

Свч-печь

Изобретение относится к области электротехники, в частности к СВЧ нагревательным установкам для нагрева диэлектрических материалов. СВЧ-печь содержит рабочую камеру с дверцей, источник СВЧ энергии с выводом и устройство распределения энергии, выполненное в виде прямоугольного волновода. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581689
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.350e

Способ стабилизации параметров шарикоподшипника

Изобретение относится к машиностроению, а именно к стабилизации геометрических параметров подшипников качения приработкой в собранном виде. Способ заключается во вращении подшипника под нагрузкой, при этом внешнюю нагрузку направляют к оси подшипника под углом не более 12 градусов, число...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581414
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.354f

Способ правки длинномерных деталей

Изобретение относится к холодной обработке металлов давлением, а точнее к способам и устройствам для правки и стабилизации размеров длинномерных цилиндрических деталей. К заготовке прикладывают радиальную нагрузку, концы детали закрепляют шарнирно, радиальную нагрузку создают роликом, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581692
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.357d

Способ формирования серебросодержащего биопокрытия титанового имплантата

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутрикостных эндопротезов на титановой основе. Описан способ получения серебросодержащего биопокрытия титанового имплантата, заключающийся в предварительной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581825
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.35b1

Сорбционно-флуоресцентный способ определения содержания полициклических ароматических углеводородов в водных растворах и сорбент для реализации способа

Изобретение относится к области химии окружающей среды, к аналитической химии и может быть использовано для определения содержания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в водной среде. Способ определения содержания полициклических ароматических углеводородов в водных растворах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581411
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.35c5

Способ нанесения биокерамического покрытия на имплантаты

Изобретение относится к медицине. Описан способ нанесения биокерамического покрытия на имплантатах из биосовместимых металлов и сплавов путем смешивания порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки при соотношении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581824
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3611

Способ стабилизации параметров подшипника

Изобретение относится к машиностроению, а именно к стабилизации геометрических параметров подшипников качения приработкой в собранном виде. Способ заключается во вращении колец подшипника под внешней осевой нагрузкой, внешнюю нагрузку устанавливают равной Р=k С, а частоту вращения подшипника...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581408
Дата охранного документа: 20.04.2016
Показаны записи 1-10 из 18.
20.01.2013
№216.012.1b7e

Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к остеоинтеграционным оксидным покрытиям на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты. Покрытие состоит из оксида титана и содержит гидроксиапатит как модифицирующий компонент с биоактивными свойствами и медь как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472532
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.08.2013
№216.012.5f23

Внутрикостный цилиндрический имплантат для протезирования зубов верхней и нижней челюстей

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к внутрикостным цилиндрическим имплантатам для протезирования зубов верхней и нижней челюстей. Внутрикостный цилиндрический имплантат для протезирования зубов верхней и нижней челюстей содержит металлическую коническую коронковую часть с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489987
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.06.2014
№216.012.d04c

Способ получения оксидного биосовместимого покрытия на чрекостных имплантатах из нержавеющей стали

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к способам получения оксидных биосовместимых покрытий на чрескостных металлических имплантатах для травматологии и ортопедии. Получение биосовместимого покрытия на чрескостных имплантатах из нержавеющей стали (12X18Н9Т, 12Х18Н10Т)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519095
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.02.2015
№216.013.2ac8

Способ получения оксидного покрытия на стальных чрескостных имплантатах

Изобретение относится к области медицинской техники. Описан способ получения оксидных биосовместимых покрытий на стальных чрескостных имплантатах, который осуществляют путем их термического оксидирования на воздухе при температуре 300-600°С в условиях обдувки воздухом, подаваемым в рабочую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542409
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.04.2015
№216.013.435a

Способ получения оксидного биосовместимого покрытия на металлических имплантатах для наружного чрескостного остеосинтеза

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к способу получения оксидного биосовместимого покрытия на чрескостном металлическом имплантате. Способ заключается в оксидировании имплантата в смеси перегретого водяного пара и наночастиц серебра при температуре 500-550°C, давлении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548740
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.05.2015
№216.013.482d

Способ модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами

Изобретение относится к медицине, а именно к способу модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами. При осуществлении способа проводят термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей при токе дуги 150-250 А,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549984
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.12.2015
№216.013.9a1f

Способ нанесения биокерамического покрытия на имплантаты

Изобретение относится к медицине и заключается в способе нанесения биокерамических покрытий на имплантат. При осуществлении способа смешивают порошок гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом в виде фосфатной связки при соотношении связки и порошка 1,0-1,5:1,5-2,0, наносят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571080
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.04.2016
№216.015.35c5

Способ нанесения биокерамического покрытия на имплантаты

Изобретение относится к медицине. Описан способ нанесения биокерамического покрытия на имплантатах из биосовместимых металлов и сплавов путем смешивания порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки при соотношении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581824
Дата охранного документа: 20.04.2016
13.01.2017
№217.015.8b15

Способ формирования наноструктурированного биоинертного покрытия на титановых имплантатах

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к технологии формирования биоинертных наноструктурированных оксидных покрытий на внутрикостных частях титановых имплантатов. Способ включает воздушно-абразивную обработку, травление в растворе кислот и газотермическое оксидирование....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604085
Дата охранного документа: 10.12.2016
25.08.2017
№217.015.aa48

Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из титановых сплавов

Изобретение относится к технологии формирования оксидных покрытий на титановых изделиях технического и медицинского назначения, например элементах пар трения и метизных изделиях. Титановое изделие подвергают индукционному нагреву в воздушной атмосфере до температуры 700-800°С при частоте тока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611617
Дата охранного документа: 28.02.2017
+ добавить свой РИД