[go: up one dir, main page]

RU2686749C1 - Вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса - Google Patents

Вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса Download PDF

Info

Publication number
RU2686749C1
RU2686749C1 RU2018133945A RU2018133945A RU2686749C1 RU 2686749 C1 RU2686749 C1 RU 2686749C1 RU 2018133945 A RU2018133945 A RU 2018133945A RU 2018133945 A RU2018133945 A RU 2018133945A RU 2686749 C1 RU2686749 C1 RU 2686749C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheel
coating
chamber
arc
carried out
Prior art date
Application number
RU2018133945A
Other languages
English (en)
Inventor
Василий Анатольевич Баутин
Илья Вячеславович Бардин
Александр Гарегинович Сеферян
Андрей Евгеньевич Такташов
Владимир Александрович Драница
Светлана Александровна Щуренкова
Павел Александрович Меркурьев
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
Priority to RU2018133945A priority Critical patent/RU2686749C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2686749C1 publication Critical patent/RU2686749C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу вакуумно-дугового нанесения покрытий на рабочие колеса насосного оборудования парогазовых установок и может быть использовано в энергетическом турбостроении для защиты насосного и компрессорного оборудования от солевой и газовой коррозии. Колесо обезжиривают, промывают, устанавливают в камеру, производят его ионную очистку. Производят вакуумирование камеры, ее нагрев, нанесение покрытия. Колесо устанавливают на вращающуюся карусель, а два дуговых испарителя размещают под углом 60° к плоскости карусели. Перед нанесением покрытия проводят дополнительную обработку поверхности колеса ионами металлов в атмосфере аргона, а последующее нанесение покрытия проводят при вращении колеса. Используют материал испарителя, который содержит алюминий, хром, молибден, бор и титан. Техническим результатом изобретения является повышение качества покрытий, повышение стойкости к газоабразивной и капельно-ударной эрозии, коррозионной стойкости, снижение размера зерен покрытия и коэффициента сухого трения. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

Description

Изобретение относится к нанесению покрытий вакуумным испарением и может быть использовано в энергетическом турбостроении для защиты насосного и компрессорного оборудования от солевой и газовой коррозии, кавитации, газоабразивной и капельно-ударной эрозии, в частности, для нанесения покрытия на рабочие колеса насосного оборудования парогазовых установок (ПТУ).
Известен способ нанесения покрытия системы Ti-Cr-Al на изделия, характеризующийся тем, что нанесение покрытия производится методом вакуумно-дугового испарения при следующем содержании компонентов покрытия, мас. %: титан 52-56, хром 26-28, алюминий 16-20.
(RU 2013144837, С223С 14/00, опубликовано 27.04.2015).
Недостатком известного способа является отсутствие сведений об условиях и режимах его осуществления, поскольку при формировании известного покрытия большой толщины образуется значительное количество капельной фазы, ухудшающей механические свойства покрываемых деталей, в частности, кавитационную стойкость покрытия.
Известен вакуумно-дуговой способ нанесения PVD-покрытия, включающий очистку изделия, сушку, нагрев изделия, нанесение множества покрытий, содержащих титан, кремний, алюминий, цирконий, хром и бор, и охлаждение, причем известными указаны покрытия толщиной до 20 мкм, содержащие сочетания следующих компонентов: TiAlN, TiAlCN, TiAlSiN, CrAlN, AlCrSiN, TiBN.
(CN 108103505, C23C 14/06, C23C1 6/32, опубликовано 01.06.2018).
Наиболее близким по технической сущности является способ получения многослойного PVD-покрытия, включающего в себя, по меньшей мере, один слой, содержащий Si, В, N и металл, выбранный из группы, включающей Al, Cr и Ti, а также, по меньшей мере, один слой, содержащий Si, В, N, О и, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, включающей Al, Cr и Ti. Толщина слоев составляет 5 нм-50000 нм. Покрытие наносят на изнашиваемую часть турбины, шестерню или поршень. Из описания известен слой, содержащий азот и, по меньшей мере, один элемент из группы: Al, Cr, Mo, Ti, В. Известная последовательность нанесения покрытия включает нагрев изделия до температуры 100-1000°С, ионную очистку, нанесение первого PVD-слоя, состава Al40Cr30 или TiAlSiN с использованием дуговых испарителей - катодов диаметром 100 мм при токах разряда 30-200 А и давлении 1-10 Па.
(ЕР 1783245, С23С 14/14, С23С 14/24, опубликовано 09.05.2007).
Недостатком известных способов, включающих нанесение многослойных покрытий, является сложность их осуществления, а также невозможность исключить образование капельной фазы в каждом из формируемых слоев, что неизбежно отражается на качестве последующего слоя покрытия и приводит к снижению качества конечного покрытия.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение качества покрытий получаемых вакуумно-дуговым способом, в частности, повышение стойкости к газоабразивной и капельно-ударной эрозии, коррозионной стойкости, снижение размера зерен покрытия и коэффициента сухого трения.
Технический результат достигают тем, что вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса, включает обезжиривание, промывки в холодной и горячей воде, установку колеса в камеру, установку дуговых испарителей, вакуумирование камеры, нагрев, ионную очистку, нанесение покрытия, охлаждение и выгрузку, отличающийся тем, что колесо устанавливают на вращающуюся карусель, устанавливают два дуговых испарителя диаметром 150 мм и толщиной 28 мм под углом 60° к плоскости карусели, перед нанесением покрытия проводят дополнительную обработку поверхности колеса ионами металлов в течение 5-8 мин при температуре 550±10°С в атмосфере аргона при давлении (5±1)⋅10-1 Па, напряжении смещения 900±10 В и токе дуговых испарителей менее 50 А, а последующее нанесение покрытия проводят при вращении колеса при напряжении смещения 200±10 В и токе дуговых испарителей 102±8 А в течение 55±0,1 мин, причем материал испарителя содержит алюминий, хром, молибден, бор и титан при следующем соотношением компонентов, мас. %: алюминий 14-19, хром 24-26, молибден 4-7, бор 3-5, титан – остальное.
Технический результат также достигают тем, что после вакуумирования камеры до давления (2000±5)⋅10-5 Па проводят нагрев элементов камеры и колесо до температуры 150-200°С; ионную очистку проводят в течение 20±0,5 мин в атмосфере аргона при давлении на уровне (5±1)⋅10-1 при напряжении электрического смещения на колесе 900±10 В и напряжение на ионном источнике 1500±10 В; нанесение покрытия проводят при вращении карусели с колесом со скорость 2-3 об/мин; охлаждение колеса с покрытием проводят напуском в камеру азота в течение 40 мин.
Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером.
Покрытие наносят на рабочее колесо водяного циркуляционного насоса с лопатками из стали 10Х18Н12М3Л.
Процесс нанесения включает:
- обезжиривание в ультразвуковой ванне;
- промывки в холодной и горячей воде;
- монтаж колеса на карусель вакуумной камеры;
- установку испарителей-катодов, прогрев и откачку вакуумной камеры;
- ионную очистку поверхности колеса;
- дополнительную очистку;
- нанесение покрытия;
- охлаждение и выгрузку.
Обезжиривание поверхности колеса проводят в ультразвуковой ванне с использованием моющего средства, например, «ТОР-ХС» при температуре 55±4°С, в течение 20±1 мин.
Промывки проводят поочередно проточной горячей и холодной водой в ванне в течение 2±0,5 минут. Оптимальные температуры для горячей воды 45-55°С, для холодной воды – 20-35°С.
После сушки для нанесения покрытия колесо устанавливают в вакуумную камеру на вращающуюся карусель и два торцевых дуговых испарителя диаметром 150 мм и толщиной 28 мм под углом 60° к плоскости карусели. Затем камеру вакуумируют до давления (2000±5)⋅10-5 Па и проводят нагрев элементов камеры, колесо и испарители до температуры 150-200°С.
После этого поверхность колеса подвергают ионной очистке (травлению) в газовом разряде. Для этого устанавливали давление аргона в камере на уровне (5±1)⋅10-1. Задают напряжение электрического смещения на обрабатываемом колесе 900±10 В. Напряжение на ионном источнике устанавливают 1500±10 В и проводят обработку в течение 20±0,5 мин.
Затем устанавливают температуру в камере 550±10°С, проводят в атмосфере аргона при давлении (5±1)⋅10-1 дополнительную обработку (бомбардировку) поверхности колеса ионами металлов испарителя в течение 5-8 мин, напряжении смещения 900±10 В и токе дуговых испарителей менее 50 А.
Последующее нанесение покрытия проводят при вращении карусели с колесом со скоростью 2-3 об/мин при напряжении смещения 200±10 В и токе дуговых испарителей 102±8 А в течение 55±0,1 мин.
Для нанесения покрытия используют материал испарителя, содержащий алюминий, хром, молибден, бор и титан при следующем соотношением компонентов, мас. %: алюминий 14-19, хром 24-26, молибден 4-7, бор 3-5, титан – остальное. При этом наиболее оптимальным является использование торцевых испарителей-катодов с температурой поверхности 90-200°С при движении катодного пятна по их поверхности со скоростью более 15 м/с, которое устанавливают тангенциальным к поверхности испарителя магнитным полем более 13,7 мТл с помощью магнитных катушек.
После этого проводят охлаждение колеса с покрытием напуском в камеру азота в течение 40 мин и осуществляют выгрузку готового изделия.
Режимы предварительной обработки поверхности под наносимое покрытие и условия охлаждения изделия с покрытием являются оптимальными и обеспечивают высокое качество сцепления наносимого покрытия с подложкой.
Использование двух дуговых испарителей, их размеры и геометрия размещения, относительно изделия, а также условия и режимы нанесение покрытия, обеспечивают получение более равномерного бездефектного покрытия с более мелким размером зерен и снижают образование капельной фазы, что повышает стойкость покрытия к газоабразивной и капельно-ударной эрозии.
Состав материала испарителей, включающий алюминий, хром, молибден, бор и титан, обеспечивает максимальную адгезию покрытия к материалу подложки из стали, в частности, стали 10Х18Н12М3Л.
Покрытие, полученное способом по изобретению, обеспечивает, в сравнении с известными покрытиями системы Ti-Cr-Al, снижение капельной фазы в покрытии, получение размеров зерен в покрытии менее 50 нм, коэффициент сухого трения в паре с контртелом из WC-Co менее 0,9, увеличивает стойкость к газоабразивной и капельно-ударной эрозии в 1,2 раза и обеспечивает полную защиту изделия от межкристаллитной коррозии в условиях воздействия агрессивно среды.

Claims (5)

1. Способ вакуумно-дугового нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса, включающий обезжиривание поверхности колеса, промывку колеса в холодной и горячей воде, установку в камеру колеса и дуговых испарителей, вакуумирование камеры, нагрев камеры, колеса и испарителей, ионную очистку поверхности колеса, нанесение покрытия, охлаждение и выгрузку колеса, отличающийся тем, что колесо устанавливают на вращающуюся карусель, а два дуговых испарителя диаметром 150 мм и толщиной 28 мм устанавливают под углом 60° к плоскости карусели, при этом перед нанесением покрытия проводят дополнительную обработку поверхности колеса ионами металлов в течение 5-8 мин при температуре 550±10°С в атмосфере аргона при давлении (5±1)⋅10-1 Па, напряжении смещения 900±10 В и токе дуговых испарителей менее 50 А, а последующее нанесение покрытия проводят при вращении колеса при напряжении смещения 200±10 В и токе дуговых испарителей 102±8 А в течение 55±0,1 мин, причем используют материал испарителя, содержащий алюминий, хром, молибден, бор и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий 14-19, хром 24-26, молибден 4-7, бор 3-5, титан – остальное.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после вакуумирования камеры до давления (2000±5)⋅10-5 Па проводят нагрев элементов камеры и колеса до температуры 150-200°С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ионную очистку проводят в течение 20±0,5 мин в атмосфере аргона при давлении (5±1)⋅10-1 Па при напряжении электрического смещения на колесе 900±10 В и напряжение на ионном источнике 1500±10 В.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение покрытия проводят при вращении карусели с колесом со скоростью 2-3 об/мин.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение колеса с покрытием производят напуском в камеру азота в течение 40 мин.
RU2018133945A 2018-09-26 2018-09-26 Вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса RU2686749C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133945A RU2686749C1 (ru) 2018-09-26 2018-09-26 Вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133945A RU2686749C1 (ru) 2018-09-26 2018-09-26 Вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686749C1 true RU2686749C1 (ru) 2019-04-30

Family

ID=66430513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018133945A RU2686749C1 (ru) 2018-09-26 2018-09-26 Вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686749C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1783245A1 (de) * 2005-11-04 2007-05-09 METAPLAS IONON Oberflächenveredelungstechnik GmbH Schichtsystem zur Bildung einer Oberflächenschicht auf einer Oberfläche eines Substrats, Beschichtungsverfahren und Substrat mit einem Schichtsystem
RU2392351C2 (ru) * 2008-08-13 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Способ нанесения антифрикционного износостойкого покрытия на изделие из металла или сплава
RU2409703C1 (ru) * 2009-08-03 2011-01-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Способ нанесения покрытий в вакууме на изделия из электропроводных материалов и диэлектриков
US20120006785A1 (en) * 2006-05-17 2012-01-12 Vladimir Gorokhovsky Wear Resistant Vapor Deposited Coating, Method of Coating Deposition and Applications Therefor
RU2494172C1 (ru) * 2012-08-07 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") Способ получения износостойкого покрытия
RU2013144837A (ru) * 2013-10-07 2015-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ОАО НПО ЦНИИТМАШ)" СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ПОКРЫТИЯ СИСТЕМЫ Ti-Cr-Al
RU2662516C1 (ru) * 2017-07-21 2018-07-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы ti-al на стальной детали в вакууме

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1783245A1 (de) * 2005-11-04 2007-05-09 METAPLAS IONON Oberflächenveredelungstechnik GmbH Schichtsystem zur Bildung einer Oberflächenschicht auf einer Oberfläche eines Substrats, Beschichtungsverfahren und Substrat mit einem Schichtsystem
US20120006785A1 (en) * 2006-05-17 2012-01-12 Vladimir Gorokhovsky Wear Resistant Vapor Deposited Coating, Method of Coating Deposition and Applications Therefor
RU2392351C2 (ru) * 2008-08-13 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Способ нанесения антифрикционного износостойкого покрытия на изделие из металла или сплава
RU2409703C1 (ru) * 2009-08-03 2011-01-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Способ нанесения покрытий в вакууме на изделия из электропроводных материалов и диэлектриков
RU2494172C1 (ru) * 2012-08-07 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") Способ получения износостойкого покрытия
RU2013144837A (ru) * 2013-10-07 2015-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ОАО НПО ЦНИИТМАШ)" СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ПОКРЫТИЯ СИСТЕМЫ Ti-Cr-Al
RU2662516C1 (ru) * 2017-07-21 2018-07-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы ti-al на стальной детали в вакууме

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103805996A (zh) 一种金属材料表面先镀膜再渗氮的复合处理方法
CN103572220B (zh) 一种氮化钛铝铌氮梯度硬质反应膜的制备方法
CN108130533A (zh) 一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀及制备方法
US12447535B2 (en) Coated cutting tool and preparation method thereof
CN101705471A (zh) 一种氮化铬钛铝氮梯度硬质反应膜的制备方法
CN107338409B (zh) 可调控磁场电弧离子镀制备氮基硬质涂层的工艺方法
GB2226334A (en) Multilayer coatings
JP6243796B2 (ja) ダイヤモンドライクカーボン膜の成膜方法
CN108531874A (zh) 一种CrAlN/TiAlN纳米多层硬质涂层的制备方法
KR101680864B1 (ko) 내식성 금속 산화물층이 도입된 철계 기재의 세라믹 코팅방법
RU2686749C1 (ru) Вакуумно-дуговой способ нанесения покрытия на рабочее колесо циркуляционного насоса
CN110284099A (zh) 一种在twip汽车用冷轧钢板表面镀铝的方法
TW201305356A (zh) 鍍膜件及其製備方法
RU2689474C1 (ru) Способ получения покрытия на основе интерметаллидов системы ti-al, синтезированного в среде азота
CN106048539A (zh) 一种金属钛铝氮化物复合硬质膜的制备方法
CN103556119B (zh) 一种氮化钛锆铌氮梯度硬质反应膜的制备方法
RU2599073C1 (ru) Способ ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов
CN103057205B (zh) 一种氮化钛纳米多层涂层叶轮及其制备方法
CN114990509B (zh) 一种中熵合金涂层的强化方法
CN104328384A (zh) 一种氮化钛铝锆铌氮梯度硬质反应膜的制备方法
KR20120129445A (ko) 내산화성 내마모성의 복합 다층 코팅층 제조.
KR20140057227A (ko) 도금 강판 및 이의 제조방법
RU2515714C1 (ru) Способ нанесения нанокомпозитного покрытия на поверхность стального изделия
RU2677043C1 (ru) Способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы Ti-Al
CN108441834B (zh) 机床的传动元件表面进行金刚石涂层的方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200927

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20211012