Sposob priamej tvorby vrstvy TiA13 v povrchovej vrstve titánu a jeho zliatin

Číslo patentu: 249917

Dátum: 15.04.1987

Autori: Liska Dušan, Král Jozef, Ferdinandy Milan

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

m i( AUTORSKÉMU OSVE 511 Int. c 1.4 i äššäłífžä Q 22 Prihlásené 14 11 83 i 21 rv 8433-83) 40 Zverejnené 13 08 B 4 ÚŘAD PRO VVNÁLEZV A OBJEVY 45 Vydané 15 03 sa 75 Autor vynálezu Ěozrr ing., FERDINANDY MILAN RNDr., LIŠKA DUŠAN ing., 54 Spôsob priamej tvorby vrstvy TiAls v povrchovej vrstve titánu a jeho zliatinPodstata spôsobu vytvárania ochrannej difúznej vrstvy TiAla na titáne a jeho zliati~ nách vo vákuu, ktorá zvyšuje odolnost substrátu voči korózii a oteru zla zvýšených teplôt spočíva vi tom, že sa subtrát z titánu alebo jeho zliatin s vrstvou Al ohrejev. iönovo plátovacom zariadení na teplotu z intervalu 600 až 660 °C, a t-o tak, že na substrát sa ďalej pôsobí tónmi V tlejivom výboji inertného plynu, pričom substrát je katódou tohto tlejivého výbojra pri tlaku argónu z intervalu 10 až 102 Pa po dobu minimálne 1 hodiny.Týmto spôsobom je možne vytvárať difuznu vrstvu TiAls alebo TiAls Al počas procesu vytvárania A 1 vrstvy na titánovom substrate bez nutnosti následného difüznehno žíhania mimo vákuovú komoru, čo je z hľadiska úspory energie a možnosti regulácie zloženia clifúznej vrstvy po jej priereze zvlášť výhodné.vynález sa týkxa spôsobu tvorby povrchovej vrstvy od-olnej proti korózii a oteru za vysokých teplôt.V súčasnosti používané materiály z titánu a jeho zliatin nevyhovujú požiadavkám V celom rozsahu použitia na kvoróznu odolnosť pri vysokých teplotách, preto sa ich úžitkové vlastnosti upravujú dodatočnými povrchovými úpravami, napríklad galvanickýml alebo žiarovými povlakmi z Al, nitridáciou a podobne. Pre dosiahnutie priľnavosti a vytvárania difúznej vrstvy sa inusia takto upravené súčiastky dodatočne spracovať va žíhať, čo má nepriaznivý vplyv na mechanické vlastnosti základného materiálu. Mimo toho proces je zdlhavý, energeticky náročný a nákladný.Ďalší spôsob ochrany titánu a jeho zliatin pri vysokých teplotách je vo vytvorení hliníkovej vrstvy na ich povrchu vo vakuu niektorým zo známych spôsobov vytvárania povlakov a následného difúzneho žíhania mimo vákuovú komoru v klasických peciach pre tepelné spracovanie v ochrannej atmosfére. Týmto spôsobom je možné na povrchu titánového substrátu vytvorit intermetalickú žiaruvzdornú a oteruvzdornú vrstvu TiAls. Nevýhodou tohto spôsobu je skutočnost že po vytvorení hliníkovej vrstvy na titánovom substráte je potrebné tento substrát vystaviť už spomenutému dodatočnému difúznemu žíhaniu mimo vákuovú komoru, čo vedie jednak k zvýšeniu energetickej náročnosti procesu ako aj k tomu,že pri difúznom žíhaní sa celá hliníková vrstva pretvorí na TiAls a je obtiažne modifikovať rôzne zloženie žiaruvzdornej vrstvy po jej priereze.Uvedené nevýhody odstraňuje spôsob priamej tvorby TĺAlä vrstvy na titáne a jeho zliatinách podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že sa substrát z titánu alebo jeho zliatin s vrstvou Al ohreje V iónovo plátovacom zariadeni na teplotu z intervalu 600 až 660 stupňov Celsia, a to tak, že na substrát po vytvorení Al vrstvy sa ďalej pôsobí iónmi v tlejivom výboji inertného plynu, pričom substrát je katödou tohto tlejivěho výboja pri tlaku xargónu z intervalu 10 až 102 Pa po dobu minimálne 1 hodiny.Týmto spôsobom sa vytvára na substráte difúzna vrstva TiAls, ktorej štruktúrne vlastnosti možno ovplyvňovať zmenou parciálneho tlaku inertného plynu, prúdovou hustotou na substráte a rýchlosťou odparovania hliníka.Prednost tohto spôsobu oproti už spomenutému spôsobu, v ktorom k premene Al na TiAls dochádza po dodatočnom difúznom žíhaní mimo vákuovú komoru, je v tom, že k vzniku TiAls dochádza pri jednom procese priamo vo vakuovej komore bez nutnosti prerušiť proces, čo je z hľadiska časového i energetického výhodné ako aj to, že daným spôsobom môžme modifikovať zloženie vrstvy po jej priereze, napríklad TiAlä A 1.Ďalej, ako je to uvedené v 2. príklade,proces vytvárania TiAls vrstvy môžme viest aj tak, že sa najprv vytvorí TiAls vrstva o určitej hrúbke, na ktorú sa v ďalšom vo vákuu vytvára Al vrstva. Keďže tento dej prebieha pri jednom procese, bez zavzdušnenia vákuovej komory, neexistuje možnost vytvorenia protidifúznej bariéry na p-ovrchu substrátu. Táto skutočnosť spolu s experimentálne overenou vlastnosťou TiAls a to,že koeficient Al v TiAls je ne ovela vyšší než Al v Ti, poskytuje možnost vytvárať TiAls vrstvu aj pri nižších teplotách než 600 C za kratší čas.spôsobom podla vynálezu sa na titáne a jeho zliatinách vytvárajú difúzne vrstvy z intermetalicke zlúčeniny TiAls, prípadne TiAl 3 Al, ktorých mikrotvrdost je 11000 až 15 000 N.1 nm 2. Takto vytvorené vrstvy znižujú koeficient trenia v porovnaní so zliatinanii z titánu o 400 0/0 a opotrebenie zistované metódou merania hmotnostného úbytku až o 800 0/0. Koróznymi skúškami za vysokých teplôt bolo zistené, že vrstva TiAls dlhodobé odoláva oxidácii na vzduchu pri teplotách do 900 °C.Spôsob vytvárania TiAls vrstvy na titáne alebo jeho zliatinách podla vynálezu je charakterizovaný vytvorením A 1 vrstvy na substráte v iónovo platovacom zariadení pri tlaku 1.104 Pa, pričom substrát tvorí katódu. Pred samotným odparovaním Al pomocou elektrónového lúča pri jeho výkone 2 kW, prebieha takzvané čistenie ako aj ohrev substrätu v Ar výboji, ktorý prebieha nasledujúce. Cez napüštací ventil do vákuovej komory je pripúštaný Ar na tlak 3 Pa. Po dosiahnutí tohto tlaku je v nasledujúcom kroku nastavené na substráte záporné napätie 2,5 kV, oproti uzemnenej vákuovej komore. Prostredníctvom regulácie napätia na substráte sa pri d-aných parametroch vytvoria také podmienky výboja v Ar prúdová hodnota 0,1 až 3,0 mA.cm 2, aby sa počas 30 minút povrch substrátu odplynll,ďalej z jeho povrchu sa odstránili tenké -oxidické filmy a zároveň sa substrát ohrial na teplotu približne 600 °C. Vzhľadom nia spôsob predúpravy povrchu substrátu vo vákuovej komore pred odparením Al a tiež to, že jeho povrch je počas rastu Al vrstvy bombardovaný ionizovanými časticami Ar,sú vytvorené podmienky pre mikrodifúziu Al do substrätu, čím vzniká vrstva tvorená intermetalickou zlúčeninou TiAlz a Al. Bežne požadovaná hrúbka takto- vytvorenej vrstvy je približne 10 m, pričom hrúbka TlAls vrstvy činí približne 3 m, zbytok je Al.V druhom príklade sú uvedené podmien 249917ky vytvorenia TiAls vrstvy na titáne alebo jeho zliatinách. Proces čistenia substrátu v Ar výboji je zhodný s podmienkami uvedenými V príklade 1. Rozdiel je v tom, že sa najprv na takýto očistený povrch substrátu odparĺ pomocou elektrónového lüčxü pri jeho výkone 2 kW A 1 vrstva o hrúbke približne 3 m. V ďalšom sa povrch substrátu s Al vrstvou vystaví bombardovaniu ionizovanými časticami Ar vo vákuovej komore pri tlaku 3 Pa a zápornom napätí na substráte 2,5 kV po dobu minimálne 20 minút. Týmto dochádza jednak k odpriašovaniu A 1 vrstvy z povrchu substrátu a zároveň aj k ohrevu substrátu na teplotu vyššiu než 600 °C, čím sú vytvorené podmienky,aby zbytok Al vrstvy nadifundoval do povrchu substrátu za vzniku TiAl 3 vrstvy. V ďalšom kroku je opät odparovaný Al pomocou elektrónového lúča pri jeho výkone 2 kW a pri tlaku 1 . 1 D 1 Pa, pričom dochádza k následnej dituzii Al cez vrstvu TiAls do povrchu substrátu, kde reaguje s Ti na TiAls.Vyššie uvedené vlastnosti vrstiev TiAls predurčujú použitie predmetov z Ti alebo jeho zliatin povrchovo upravených podla vynálezu, napríklad v prostredi floridov,morskej vody a tiež na konštrukčné spoje v- kombinácii s Al bez nebezpečie vzniku takzvaného titánového zvaru pri zvýšených prevádzkových teplotách a tiež na pohybové mechanizmy. Ako príklad možno uviesť čĺnok textilného stroja. Z dôvodu zrýchľujücej, respektíve brzdiacej sily záleží na tom, aby hmotnosť člnku bola čo najnižšia. Preto na výrobu čĺnkov sa používajú Al alebo Mg zliatiny. Tieto zliatiny v niektorých prípadoch nemajú dostatočnú pevnosť a preto ako ďalší konštrukčný materiál prichádza do úvahy Ti a jeho zliatiny. Ti sa ale vyznačuje veľkou náchylnosťou k zadieraniu a preto jeho povrch je potrebné upraviť. jednou z ciest zníženia náchylnosti Ti a jeho zliatin k zadieraniu je jeho povrchová úprava podla vynálezu.Spôsob priamej tvorby vrstvy TiAls v povrchovej vrstve titánu a jeho zliatin vyznačený tým, že na substrát z titánu alebo titánovej zliatiny a hlinikovú vrstvu, ktorá b-ola na povrchu tohto substrátu pripravená v iönovo DIĚIÍOVBCOH systéme za zníženého tlaku z intervalu 104 až 102 Pa, sabezprostredne po príprave hlinikovej vrstvy pôsobí plazmou tvorenou inertným plynom pri tlaku z intervalu 10 až 102 Pa v iónovo plätovac-om zariadení po dobu minimálne 1 hodiny pri teplote substrátu v intervale 600 až 660 °C.

MPK / Značky

MPK: C23C 14/48, C23C 14/30

Značky: vrstvě, spôsob, povrchovej, zliatin, tia13, titanu, tvorby, priamej, vrstvy

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/3-249917-sposob-priamej-tvorby-vrstvy-tia13-v-povrchovej-vrstve-titanu-a-jeho-zliatin.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Sposob priamej tvorby vrstvy TiA13 v povrchovej vrstve titánu a jeho zliatin</a>

Podobne patenty